JP6945732B2 - Natural gas liquefaction by high-pressure expansion process - Google Patents

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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/12Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25J2245/00Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
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    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12External refrigeration with liquid vaporising loop
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    • F25J2290/00Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年9月29日に発明の名称「高圧膨張プロセスによる天然ガス液化」で提出された米国仮出願第62/565,725号の優先権の利益を主張し、その開示内容を参照することにより本明細書に援用する。
本出願は、これと共同所有され、同日付で発明の名称「高圧膨張プロセスによる天然ガス液化」で提出された米国仮出願第62/565733号に関連し、その開示内容全体を参照することにより本明細書に援用する。
Cross-reference to related applications This application claims the priority benefit of US Provisional Application No. 62 / 565,725 filed on September 29, 2017 under the title of the invention "Natural gas liquefaction by high pressure expansion process". Incorporated herein by reference to the disclosure.
This application is in connection with US Provisional Application No. 62/565733, co-owned with it and filed on the same date under the title of the invention "Natural gas liquefaction by high pressure expansion process", by reference to its entire disclosure. Incorporated herein.

背景
開示の分野
本開示は、一般的に液化天然ガス(LNG)生成に関する。より詳細には、本開示は、高圧でのLNG生成に関する。
Background Disclosure This disclosure generally relates to the production of liquefied natural gas (LNG). More specifically, the present disclosure relates to LNG production at high pressure.

関連技術の説明
このセクションは、本開示と関連し得る技術分野の種々の態様を導入することを意図する。この議論は、本開示の特定の態様のより良い理解を容易にするための枠組みを提供することを意図する。従って、このセクションは、この観点から判断すべきであり、必ずしも先行技術の承認と判断すべきでないことを理解すべきである。
天然ガスは、そのクリーンな燃焼性及び利便性のために近年広く使用されるようになってきた。多くの天然ガス供給源は、ガスのあらゆる商業市場から遠距離にある遠隔地域に位置する。生成された天然ガスを商業市場まで輸送するのにパイプラインが利用可能なこともある。パイプライン輸送が実現可能でないときには、生成された天然ガスは、市場に輸送するために液化天然ガス(LNG)に加工されることが多い。
Description of Related Techniques This section is intended to introduce various aspects of the art that may be relevant to this disclosure. This discussion is intended to provide a framework for facilitating a better understanding of certain aspects of this disclosure. Therefore, it should be understood that this section should be judged from this point of view and not necessarily the approval of the prior art.
Natural gas has become widely used in recent years due to its clean flammability and convenience. Many natural gas sources are located in remote areas far from any commercial market for gas. Pipelines may also be used to transport the natural gas produced to the commercial market. When pipeline transport is not feasible, the natural gas produced is often processed into liquefied natural gas (LNG) for transport to the market.

LNGプラントの設計において、最も重要な考慮事項の1つは、天然ガス供給流をLNGに変換するためのプロセスである。現在、最も一般的な液化プロセスは、何らかの形態の冷却システムを用いる。天然ガスを液化するために多くの冷却サイクルが使用されているが、LNGプラントにおいて今日最も一般的に使用されている3のタイプは、(1)連続的に配置された熱交換器において複数の単成分冷媒を用いてガスの温度を液化温度まで下げる「カスケードサイクル」、(2)特別に設計された交換器において多成分冷媒を使用する「多成分冷却サイクル」、及び(3)ガスを供給ガス圧から低圧まで膨張させ、対応して温度が低下する「膨張器サイクル」である。大抵の天然ガス液化サイクルは、これら3つの基本タイプの変形又は組み合わせを使用する。 One of the most important considerations in designing an LNG plant is the process of converting the natural gas supply to LNG. Currently, the most common liquefaction process uses some form of cooling system. Although many cooling cycles are used to liquefy natural gas, the three most commonly used types today in LNG plants are (1) multiple in continuously arranged heat exchangers. A "cascade cycle" that uses a single-component refrigerant to lower the gas temperature to the liquefaction temperature, (2) a "multi-component cooling cycle" that uses a multi-component refrigerant in a specially designed exchanger, and (3) a gas supply. It is an "expansion cycle" that expands from gas pressure to low pressure and the temperature drops accordingly. Most natural gas liquefaction cycles use variants or combinations of these three basic types.

多成分冷媒サイクルでは、液化プロセスに用いる冷媒は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及び窒素等の成分の混合物を含んでよい。「カスケードサイクル」では、冷媒は、プロパン、エチレン、又は窒素等の純物質であってもよい。組成を綿密に制御しながらかなりの体積のこれらの冷媒が必要とされる。さらに、該冷媒は、特に遠隔地でのLNG生成のためには輸入及び貯蔵しなければならないことがあり、これには物流要件が課される。代わりに、典型的に液化プロセスと統合した蒸留プロセスによって冷媒の成分の一部を調製してもよい。 In a multi-component refrigerant cycle, the refrigerant used in the liquefaction process may include a mixture of components such as methane, ethane, propane, butane, and nitrogen. In the "cascade cycle", the refrigerant may be a pure substance such as propane, ethylene, or nitrogen. A considerable volume of these refrigerants is required with close control of the composition. In addition, the refrigerant may have to be imported and stored, especially for LNG production in remote areas, which imposes logistics requirements. Alternatively, some of the components of the refrigerant may be prepared by a distillation process typically integrated with the liquefaction process.

供給ガスの冷却を可能にし、それによって冷媒の取扱いの物流問題を排除又は軽減するためのガス膨張器の使用は、場合によっては冷媒ベースの冷却より利点があると認められる。膨張器システムは、膨張タービンを介して冷媒ガスを膨張させ、それによって仕事を実行してガスの温度を下げることができるという原理に基づいて作動する。低温ガスは、次に供給ガスと熱交換されて、必要とされる冷却をもたらす。ガス膨張器内の冷却膨張から得られる力を用いて、冷却サイクルで使用される主圧縮力の一部を供給することができる。LNGを製造するための典型的な膨張器サイクルは、典型的に約6,895kPa(1,000psia)未満の供給ガス圧で作動する。供給ガスを完全に液化するためには典型的に補足冷却が必要とされ、これは追加の冷却システム、例えば二次冷却及び/又はサブ冷却ループによって提供可能である。例えば、米国特許第6,412,302号及び米国特許第5,916,260号は、サブ冷却ループに冷媒として窒素を使用する膨張器サイクルを提案している。 The use of gas expanders to allow cooling of the feed gas, thereby eliminating or alleviating logistics problems in the handling of refrigerants, may be found to have advantages over refrigerant-based cooling. The inflator system operates on the principle that the refrigerant gas can be expanded through an expansion turbine, thereby performing work and lowering the temperature of the gas. The cold gas is then heat exchanged with the supply gas to provide the required cooling. The forces obtained from the cooling expansion in the gas expander can be used to supply a portion of the main compressive force used in the cooling cycle. A typical inflator cycle for producing LNG typically operates at a supply gas pressure of less than about 6,895 kPa (1,000 psia). Supplemental cooling is typically required to completely liquefy the supply gas, which can be provided by additional cooling systems such as secondary cooling and / or subcooling loops. For example, US Pat. No. 6,412,302 and US Pat. No. 5,916,260 propose an inflator cycle that uses nitrogen as the refrigerant in the subcooling loop.

しかしながら、以前に提案された膨張器サイクルは全て、冷媒システムをベースとする現在の天然ガス液化サイクルより熱力学的に効率が悪い。従って膨張器サイクルは今までに如何なる設置コスト優位性をも提供せず、冷媒を必要とする液化サイクルが未だに天然ガス液化のための好ましい選択肢である。
膨張器サイクルは、一次冷却(温かい)段階にとって高い再循環ガス流流速及び高い非効率性をもたらすので、ガス膨張器は典型的に、例えば、閉サイクルで外部冷媒を用いて、供給ガスを-20℃を十分に下回る温度に予冷した後にそれをさらに冷却するために使用されている。従って、大抵の提案された膨張器サイクルの共通因子は、ガスが膨張器に入る前にガスを予冷するための第2の外部冷却サイクルの必要性である。このような組み合わされた外部冷却サイクルと膨張器サイクルは、「ハイブリッドサイクル」と呼ばれことがある。このような冷媒ベースの予冷は、膨張器を使用することの非効率性の主原因を排除するが、膨張器サイクルの利益、すなわち外部冷媒の排除を大いに減じる。
However, all previously proposed inflator cycles are thermodynamically less efficient than current natural gas liquefaction cycles based on refrigerant systems. Therefore, the expander cycle has so far not provided any installation cost advantage, and the liquefaction cycle requiring a refrigerant is still the preferred option for natural gas liquefaction.
Gas expanders typically use an external refrigerant, for example, in a closed cycle to feed the gas, as the inflator cycle results in high recirculation gas flow velocity and high inefficiency for the primary cooling (warm) stage. It is used to cool it further after precooling it to a temperature well below 20 ° C. Therefore, a common factor in most proposed inflator cycles is the need for a second external cooling cycle to precool the gas before it enters the inflator. Such a combined external cooling cycle and inflator cycle is sometimes referred to as a "hybrid cycle". Such refrigerant-based precooling eliminates the main cause of inefficiency in using the inflator, but greatly reduces the benefit of the inflator cycle, i.e. the elimination of external refrigerant.

米国特許出願US2009/0217701は、外部冷媒の必要性を排除し、かつ現在使用中の冷媒ベースのサイクルに少なくとも匹敵するように効率を改善するために一次冷却ループ内で高圧を用いるという概念を導入した。米国特許出願US2009/0217701で開示された高圧膨張器プロセス(HPXP)は、他の膨張器サイクルと区別される様式で高圧膨張器を使用する膨張器サイクルである。供給ガス流の一部を抽出し、開ループ又は閉ループ冷却サイクルのどちらかで冷媒として用いて、供給ガス流をその臨界温度未満に冷却することができる。代わりに、LNGボイルオフガスの一部を抽出し、閉ループ冷却サイクルで冷媒として用いて、供給ガス流をその臨界温度未満に冷却することができる。この冷却サイクルは一次冷却ループと呼ばれる。一次冷却ループの後に、さらに供給ガスを冷却するように作用するサブ冷却ループが続く。一次冷却ループ内で、冷媒は10342kPa(1,500psia)超の圧力、さらに好ましくは、約20664kPa(3,000psia)の圧力まで圧縮される。次に冷媒は、周囲冷却媒体(空気又は水)に接して冷却された後、ほとんど等エントロピー的に膨張して、供給ガスを液化するのに必要な冷たい冷媒をもたらす。 U.S. Patent Application US / 0217701 introduces the concept of using high pressure in the primary cooling loop to eliminate the need for external refrigerants and improve efficiency at least comparable to the refrigerant-based cycles currently in use. bottom. The High Pressure Inflator Process (HPXP) disclosed in US Patent Application US / 0217701 is an inflator cycle that uses a high pressure inflator in a manner that distinguishes it from other inflator cycles. A portion of the supply gas stream can be extracted and used as a refrigerant in either an open-loop or closed-loop cooling cycle to cool the supply gas stream below its critical temperature. Alternatively, a portion of the LNG boil-off gas can be extracted and used as a refrigerant in a closed-loop cooling cycle to cool the supply gas stream below its critical temperature. This cooling cycle is called the primary cooling loop. The primary cooling loop is followed by a sub-cooling loop that acts to further cool the supply gas. Within the primary cooling loop, the refrigerant is compressed to a pressure above 10342 kPa (1,500 psia), more preferably to a pressure of approximately 20664 kPa (3,000 psia). The refrigerant is then cooled in contact with the ambient cooling medium (air or water) and then expands almost equitropically to provide the cold refrigerant needed to liquefy the supply gas.

図1は、公知のHPXP液化プロセス100の例を示し、US2009/0217701に開示された1つ以上のプロセスに類似する。図1では、膨張器ループ102(すなわち、膨張器サイクル)及びサブ冷却ループ104が用いられる。供給ガス流106は、約8274kPa(1,200psia)未満、又は約7584kPa(1,100psia)未満、又は約6,895kPa(1,000psia)未満、又は約6205kPa(900psia)未満、又は約5516kPa(800psia)未満、又は約4826kPa(700psia)未満、又は約4137kPa(600psia)未満の圧力でHPXP液化プロセスに入る。典型的に供給ガス流106の圧力は約5516kPa(800psia)である。供給ガス流106は、一般的に、技術上周知のプロセス及び機器を用いて処理して汚染物が除去された天然ガスを含む。 FIG. 1 shows an example of a known HPXP liquefaction process 100, similar to one or more processes disclosed in US 2009/0217701. In FIG. 1, an inflator loop 102 (ie, an inflator cycle) and a subcooling loop 104 are used. The supply gas flow 106 is less than about 8274 kPa (1,200 psia), or less than about 7584 kPa (1,100 psia), or less than about 6,895 kPa (1,000 psia), or less than about 6205 kPa (900 psia), or less than about 5516 kPa (800 psia), or Enter the HPXP liquefaction process at a pressure of less than about 4826 kPa (700 psia) or less than about 4137 kPa (600 psia). Typically the pressure of the supply gas stream 106 is about 5516 kPa (800 psia). The feed gas stream 106 generally comprises natural gas that has been treated with technically well-known processes and equipment to remove contaminants.

膨張器ループ102では、圧縮ユニット108が冷媒流109(処理済みガス流であり得る)を約10342kPa(1,500psia)以上の圧力まで圧縮し、このようにして圧縮冷媒流110を与える。代わりに、冷媒流109を約11032kPa(1,600psia)以上、又は約11721kPa(1,700psia)以上、又は約12411kPa(1,800psia)以上、又は約13100kPa(1,900psia)以上、又は約13790kPa(2,000psia)以上、又は約17237kPa(2,500psia)以上、又は約20684kPa(3,000psia)以上の圧力まで圧縮し、このようにして圧縮冷媒流110を与えることができる。圧縮ユニット108を出た後、圧縮冷媒流110は冷却器112に送られ、そこで適切な冷却流体との間接熱交換によって冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流114を与える。冷却器112は、冷却流体として水又は空気を与えるタイプのものであってよいが、いずれのタイプの冷却器をも使用することができる。圧縮され、冷却された冷媒流114の温度は、使用する周囲条件及び冷却媒体によって決まり、典型的には約1.67℃(35°F)〜約40.56℃(105°F)である。圧縮され、冷却された冷媒流114は、次に膨張器116に送られ、そこで膨張し、引き続き冷却されて、膨張した冷媒流118を形成する。膨張器116は、圧縮のために抽出及び使用し得るワークを生成するワーク膨張装置、例えばガス膨張器である。膨張した冷媒流118は第1の熱交換器120に送られ、第1の熱交換器120のための冷却能力の少なくとも一部をもたらす。第1の熱交換器120を出るとすぐに、膨張した冷媒流118は、加圧のための圧縮ユニット122に供給されて冷媒流109を形成する。 In the inflator loop 102, the compression unit 108 compresses the refrigerant flow 109 (which can be a treated gas flow) to a pressure of about 10342 kPa (1,500 psia) or higher, thus providing the compressed refrigerant flow 110. Instead, the refrigerant flow 109 is about 11032 kPa (1,600 psia) or more, or about 11721 kPa (1,700 psia) or more, or about 12411 kPa (1,800 psia) or more, or about 13100 kPa (1,900 psia) or more, or about 13790 kPa (2,000 psia) or more. , Or compression to a pressure of about 17237 kPa (2,500 psia) or higher, or about 20684 kPa (3,000 psia) or higher, thus providing a compressed refrigerant flow 110. After leaving the compression unit 108, the compressed refrigerant stream 110 is sent to the cooler 112, where it is cooled by indirect heat exchange with a suitable cooling fluid to provide the compressed and cooled refrigerant stream 114. The cooler 112 may be of a type that provides water or air as the cooling fluid, but any type of cooler can be used. The temperature of the compressed and cooled refrigerant stream 114 depends on the ambient conditions used and the cooling medium, typically from about 1.67 ° C (35 ° F) to about 40.56 ° C (105 ° F). The compressed and cooled refrigerant stream 114 is then sent to the expander 116 where it expands and continues to cool to form the expanded refrigerant stream 118. The inflator 116 is a work inflator, such as a gas inflator, that produces workpieces that can be extracted and used for compression. The expanded refrigerant flow 118 is sent to the first heat exchanger 120, providing at least a portion of the cooling capacity for the first heat exchanger 120. As soon as it exits the first heat exchanger 120, the expanded refrigerant flow 118 is supplied to the compression unit 122 for pressurization to form the refrigerant flow 109.

供給ガス流106は、第1の熱交換器120の中を流れて、膨張した冷媒流118との間接熱交換によって少なくとも部分的に冷却される。第1の熱交換器120を出た後、供給ガス流106は第2の熱交換器124に送られる。第2の熱交換器124の主要機能は、供給ガス流をサブ冷却することである。従って、第2の熱交換器124では、供給ガス流106はサブ冷却ループ104(後述する)によってサブ冷却されてサブ冷却流126を生成する。次にサブ冷却流126は、膨張器128内でより低い圧力まで膨張して液体フラクションと残留蒸気フラクションを形成する。膨張器128は、いずれの減圧装置であってもよく、限定するものではないが、弁、制御弁、ジュールトムソン弁、ベンチュリ装置、液体膨張器、水力タービン等が挙げられる。今やより低い圧力であり、部分的に液化されているサブ冷却流126は、サージタンク130に送られ、そこで液化フラクション132は、沸点圧力に対応する温度を有するLNG流134としてプロセスから取り出される。残留蒸気フラクション(フラッシュ蒸気)流136は、圧縮にユニットに動力を供給する燃料として利用可能である。 The supply gas stream 106 flows through the first heat exchanger 120 and is at least partially cooled by indirect heat exchange with the expanded refrigerant stream 118. After exiting the first heat exchanger 120, the supply gas stream 106 is sent to the second heat exchanger 124. The main function of the second heat exchanger 124 is to sub-cool the supply gas flow. Therefore, in the second heat exchanger 124, the supply gas flow 106 is sub-cooled by the sub-cooling loop 104 (described later) to generate the sub-cooling flow 126. The sub-cooling stream 126 then expands to a lower pressure in the inflator 128 to form a liquid fraction and a residual vapor fraction. The expander 128 may be any decompression device, and examples thereof include, but are not limited to, a valve, a control valve, a Joule-Thomson valve, a Venturi device, a liquid expander, and a hydraulic turbine. The now lower pressure, partially liquefied sub-cooling stream 126 is sent to the surge tank 130, where the liquefied fraction 132 is removed from the process as an LNG stream 134 with a temperature corresponding to the boiling pressure. The residual steam fraction (flash steam) stream 136 is available as a fuel to power the unit for compression.

サブ冷却ループ104内では、膨張したサブ冷却冷媒流138(好ましくは窒素を含む)は、膨張器140から排出され、第2及び第1の熱交換器124、120を通って引き出される。膨張したサブ冷却冷媒流138は、次に圧縮ユニット142に送られて、より高い圧力に再圧縮され、温められる。圧縮ユニット142を出た後、再圧縮されたサブ冷却冷媒流144は、冷却器146内で冷却される。冷却器146は、冷却器112と同じタイプのものであってよいが、いずれのタイプの冷却器を使用してもよい。冷却後、再圧縮されたサブ冷却冷媒流は、第1の熱交換器120に送られて、膨張した冷媒流118及び膨張したサブ冷却冷媒流138との間接熱交換によってさらに冷却される。第1の熱交換器120を出た後、再圧縮かつ冷却されたサブ冷却冷媒流は、膨張器140を通って膨張して冷却流をもたらし、この冷却流は、次に第2の熱交換器124を通り抜けて、供給ガス流の、最終的に膨張してLNGを生成することになる部分をサブ冷却する。 Within the sub-cooling loop 104, the expanded sub-cooling refrigerant flow 138 (preferably containing nitrogen) is discharged from the expander 140 and drawn through the second and first heat exchangers 124, 120. The expanded sub-cooling refrigerant flow 138 is then sent to the compression unit 142 to be recompressed to a higher pressure and warmed. After leaving the compression unit 142, the recompressed subcooling refrigerant stream 144 is cooled in the cooler 146. The cooler 146 may be of the same type as the cooler 112, but any type of cooler may be used. After cooling, the recompressed sub-cooling refrigerant flow is sent to the first heat exchanger 120 and further cooled by indirect heat exchange with the expanded refrigerant flow 118 and the expanded sub-cooling refrigerant flow 138. After exiting the first heat exchanger 120, the recompressed and cooled sub-cooling refrigerant stream expands through the expander 140 to provide a cooling stream, which is then the second heat exchange. It passes through the vessel 124 and subcools the portion of the supply gas stream that will eventually expand to produce LNG.

米国特許出願US2010/0107684は、外部冷却を追加して圧縮冷媒を周囲条件未満の温度までさらに冷却すると、特定状況では外部冷却に伴って追加される機器を正当化する顕著な利点をもたらすという発見を通じたHPXPの性能への改善を開示した。上記特許出願に記載されるHPXPの実施形態は、単一混合冷媒プロセスのような代替混合外部冷媒LNG生成プロセスと同程度に働く。しかしながら、HPXPの効率のみならず、全体的なトレイン(train)能力をさらに改善する必要性が残っている。特に供給ガス圧力が8274kPa(1,200psia)未満である場合のHPXPの効率を改善する必要性が残っている。 U.S. Pat. No. Disclosure of improvements to HP XP performance through. The HPXP embodiment described in the above patent application works to the same extent as an alternative mixed external refrigerant LNG generation process such as a single mixed refrigerant process. However, there remains a need to further improve not only the efficiency of HPXP, but also the overall train capability. There remains a need to improve the efficiency of HPXP, especially when the supply gas pressure is less than 8274 kPa (1,200 psia).

米国特許出願2010/0186445は、31026kPa(4,500psia)までの供給原料圧縮をHPXPに組み入れることを開示した。HPXPの一次冷却ループにおいて供給ガスを液化する前に該ガスを圧縮することは、全体的なプロセス効率を高めるという利点を有する。所与の生成率のため、このことは小型機器の使用を可能にする一次冷却ループ内での冷媒の所要流速を顕著に低減するという利点をも有し、フローティングLNG用途に特に魅力的である。さらに、供給原料圧縮は、一次冷却ループ及びサブ冷却ループに向かう固定量の力のために30%より多くHPXPトレインのLNG生成率を高める手段を提供する。生成率のこの順応性は、この場合もやはり、冷媒ループドライバーの選択を所望生成率と調和させる際に地上配備用途より制限されるフローティングLNG用途に特に魅力的である。供給ガスを高圧で液化することは利点を有するが、10342kPa(1,500psia)超の液化圧力のため一次冷却及びサブ冷却ループに適した極低温熱交換器の選択は、コスト、重量が非常に大きく、流体加工能力が低下した選択肢に限定されることが分かった。例えば、31026kPa(4,500psia)超の圧力で作動できるプリント回路型熱交換器の使用は、実績済み作動圧力が10342kPa(1,500psia)未満である、より広く調達されるろう付けアルミニウム熱交換器タイプに比べてプロジェクトコストを著しく高くすることが分かった。コストのこの顕著な増加は、供給原料圧縮の実際の適用を10342kPa(1,500psia)までに制限する可能性がある。従って、供給原料圧縮又は10342kPa(1,500psia)超の供給原料圧縮を必要とせずにHPXPをさらに改善する必要性が残っている。さらに、プリント回路型熱交換器のような高コストの主極低温熱交換器を必要とせずに、HPXPで相当な供給原料圧縮の使用を可能にするためのさらなる必要性が残っている。 U.S. Patent Application 2010/0186445 disclosed the incorporation of feedstock compression up to 31026 kPa (4,500 psia) into HPXP. Compressing the feed gas before liquefying it in the HPXP primary cooling loop has the advantage of increasing overall process efficiency. Due to the given production rate, this also has the advantage of significantly reducing the required flow rate of the refrigerant in the primary cooling loop, which allows the use of small equipment, which is particularly attractive for floating LNG applications. .. In addition, feedstock compression provides a means of increasing the LNG production rate of HPXP trains by more than 30% due to the fixed amount of force towards the primary and sub-cooling loops. This adaptability of the production rate is again particularly attractive for floating LNG applications, which are more limited than ground-based applications in matching the refrigerant loop driver selection with the desired production rate. Although liquefying the feed gas at high pressure has advantages, choosing a cryogenic heat exchanger suitable for the primary cooling and sub-cooling loops due to the liquefaction pressure above 10342 kPa (1,500 psia) is very costly and heavy. , It turned out that it is limited to the options with reduced fluid processing capacity. For example, the use of printed circuit heat exchangers that can operate at pressures above 31026 kPa (4,500 psia) will result in more widely procured brazed aluminum heat exchanger types with proven operating pressures below 10342 kPa (1,500 psia). It was found that the project cost was significantly higher than that. This significant increase in cost could limit the actual application of feedstock compression to 10342 kPa (1,500 psia). Therefore, there remains a need to further improve HPXP without the need for feedstock compression or feedstock compression above 10342 kPa (1,500 psia). In addition, there remains an additional need to enable the use of significant feedstock compression in HPXP without the need for costly main cryogenic heat exchangers such as printed circuit heat exchangers.

概要
本開示は、第1及び第2の熱交換器ゾーンを有するシステムを用いてメタンに富む供給ガス流を液化する方法であって、下記工程:8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流を準備すること;この圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を生成すること;この圧縮され、冷却された冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成すること;この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成すること;この膨張した冷却冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して、第1の温冷媒流を形成すること(この第1の温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);供給ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して、膨張した冷却冷媒流との間接熱交換によって供給ガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;第1の温冷媒流の少なくとも一部を第2の熱交換器ゾーンに送って間接熱交換によって、圧縮され、冷却された冷媒流を冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成すること;及び第2の温冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を生成することを含む方法を提供する。
Summary The present disclosure is a method of liquefying a methane-rich feed gas stream using a system with first and second heat exchanger zones, the following steps: feed gas stream at a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia). To prepare a compressed refrigerant stream with a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher; this compressed refrigerant stream was cooled, compressed and cooled by indirect heat exchange with ambient temperature air or water. Generating a stream of refrigerant; this compressed and cooled stream of refrigerant is sent to a second heat exchanger zone to further cool the compressed and cooled stream of refrigerant below ambient temperature, compress and further. To generate a cooled refrigerant flow; to expand this compressed and further cooled refrigerant flow in at least one workpiece-generating inflator to generate an expanded cooling refrigerant flow; this expanded cooling refrigerant. Passing the flow through the first heat exchanger zone to form a first hot refrigerant flow (this first hot refrigerant flow is at least 2.8 ° C above the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone (). 5 ° F) has a cold temperature); the supply gas flow is passed through the first heat exchanger zone to cool at least part of the supply gas flow by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow, thereby liquefying. Forming a gas stream; sending at least a portion of the first hot refrigerant stream to the second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant stream by indirect heat exchange, thereby cooling the second. Provided are methods comprising forming a hot refrigerant stream; and compressing a second warm refrigerant stream to produce a compressed refrigerant stream.

本開示は、メタンに富む供給ガス流を液化するためのシステムであって、第1及び第2の熱交換器ゾーンを有するシステムをも提供する。8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流が準備される。圧縮冷媒流は10342kPa(1,500psia)以上の圧力を備える。冷却器は、周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって圧縮冷媒流を冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を生成するように構成される。少なくとも1つの熱交換器が第2の熱交換器ゾーン内に設けられ、第2の熱交換器ゾーン内のこの少なくとも1つの熱交換器に、圧縮され、冷却された冷媒流が送られて、圧縮され、冷却された冷媒流は周囲温度未満にさらに冷却され、それによって圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成する。この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成するために少なくとも1つのワーク生成膨張器が配置される。少なくとも1つの熱交換器が第1の熱交換器ゾーン内に設けられる。膨張した冷却冷媒流は第1の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器を通り抜けて第1の温冷媒流を形成する。この第1の温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する。供給ガス流は第1の熱交換器ゾーンを通り抜けて、膨張した冷却冷媒流との間接熱交換によって供給ガス流の少なくとも一部が冷却され、それによって液化ガス流を形成する。第1の温冷媒流の少なくとも一部は第2の熱交換器ゾーンに送られて、間接熱交換によって、圧縮され、冷却された冷媒流を冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成する。圧縮器は、第2の温冷媒流を圧縮して、圧縮冷媒流を生成するように構成される。 The present disclosure also provides a system for liquefying a methane-rich supply gas stream, which also has first and second heat exchanger zones. A supply gas stream is prepared at a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia). The compressed refrigerant flow has a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher. The cooler is configured to cool the compressed refrigerant stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to produce a compressed and cooled refrigerant stream. At least one heat exchanger is provided in the second heat exchanger zone, and a compressed and cooled refrigerant stream is sent to this at least one heat exchanger in the second heat exchanger zone. The compressed and cooled refrigerant stream is further cooled below ambient temperature, thereby producing a compressed and further cooled refrigerant stream. At least one work-generating expander is placed to expand this compressed and further cooled refrigerant stream, thereby generating an expanded cooling refrigerant stream. At least one heat exchanger is provided in the first heat exchanger zone. The expanded cooling refrigerant flow passes through at least one heat exchanger in the first heat exchanger zone to form the first warm refrigerant flow. This first hot refrigerant stream has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone. The supply gas flow passes through the first heat exchanger zone and indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow cools at least a portion of the supply gas flow, thereby forming a liquefied gas flow. At least a portion of the first hot refrigerant flow is sent to the second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant flow by indirect heat exchange, thereby forming a second warm refrigerant flow. do. The compressor is configured to compress the second warm refrigerant stream to produce a compressed refrigerant stream.

本開示は、メタンに富む供給ガス流を液化する方法であって、下記工程:8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;供給ガス流を少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮して圧縮ガス流を形成すること;周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって圧縮ガス流を冷却して、冷却された圧縮ガス流を形成すること;この冷却された圧縮ガス流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で13790kPa(2,000psia)未満かつこのガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張させ、それによって冷却ガス流を形成すること;10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流を準備すること;この圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を形成すること;この圧縮され、冷却された冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成すること;この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成すること;この膨張した冷却冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒流を形成すること(それによって第1の温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);この冷却ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して冷却ガス流の少なくとも一部を膨張した冷却冷媒との間接熱交換によって冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒流を間接熱交換によって冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成すること;及び第2の温冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を形成することを含む方法をも提供する。 The present disclosure is a method of liquefying a methane-rich feed gas stream, in which the following steps: prepare the feed gas stream at a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia); the feed gas stream at a pressure of at least 10342 kPa (1,500 psia). Compress to form a compressed gas stream; cool the compressed gas stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to form a cooled compressed gas stream; this cooled compressed gas stream Inflate to a pressure below 13790 kPa (2,000 psia) and below the compressed pressure in at least one workpiece-forming inflator, thereby forming a cooling gas flow; a pressure above 10342 kPa (1,500 psia). To prepare a compressed refrigerant stream with; to cool this compressed refrigerant stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to form a compressed and cooled refrigerant stream; this compressed and cooled Sending a stream of refrigerant to a second heat exchanger zone to further cool the compressed and cooled refrigerant stream below ambient temperature to produce a compressed and further cooled refrigerant stream; this compressed and cooled refrigerant stream. Further, the cooled refrigerant flow is expanded in at least one work-generating expander to generate an expanded cooling refrigerant flow; this expanded cooling refrigerant flow is passed through the first heat exchanger zone. Forming a hot refrigerant flow of 1 (thus the first warm refrigerant flow has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone); this cooling gas Passing the flow through the first heat exchanger zone to cool at least part of the cooling gas flow by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant, thereby forming a liquefied gas flow; the first warm refrigerant flow. Sending to a second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant stream by indirect heat exchange, thereby forming a second warm refrigerant stream; and compressing the second warm refrigerant stream. Also provided are methods that include forming a compressed refrigerant stream.

本開示は、メタンに富み、かつ8274kPa(1,200psia)未満の圧力を有する供給ガス流を液化するためのシステムをも提供する。このシステムは、供給ガス流を少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮して圧縮ガス流を形成するための圧縮器;圧縮ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、冷却された圧縮ガス流を形成するための冷却器;冷却された圧縮ガス流を13790kPa(2,000psia)未満かつこのガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張させ、それによって冷却ガス流を形成するための少なくとも1つのワーク生成膨張器;10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流;圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮された冷却冷媒流を生成するための冷媒冷却器;圧縮された冷却冷媒流をその中に通して送って周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成する熱交換器ゾーン;圧縮され、さらに冷却された冷媒流を膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成するための追加のワーク生成膨張器;膨張した冷却冷媒流をその中に通し、それによって第1の温冷媒流を形成する追加の熱交換器ゾーン(それによって温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有し;冷却ガス流は、追加の熱交換器ゾーンに通されて、膨張した冷却冷媒との間接熱交換によって冷却ガス流の少なくとも一部は冷却され、それによって液化ガス流を形成し;第1の温冷媒流は熱交換器ゾーンに送られて、圧縮された冷却冷媒流を間接熱交換によって冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成する);及び第2の温冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を生成するための追加の圧縮器を含む。 The present disclosure also provides a system for liquefying a feed gas stream rich in methane and having a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia). This system is a compressor for compressing the supply gas flow to a pressure of at least 10342 kPa (1,500 psia) to form a compressed gas flow; cooling the compressed gas flow by indirect heat exchange with ambient temperature air or water. A cooler for forming a cooled compressed gas stream; the cooled compressed gas stream is expanded to a pressure of less than 13790 kPa (2,000 psia) and below the compressed pressure, thereby causing the cooling gas stream to expand. At least one workpiece-forming inflator to form; compressed refrigerant flow with a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher; compressed cooling by cooling the compressed refrigerant flow by indirect heat exchange with ambient temperature air or water. Refrigerant cooler for generating refrigerant flow; heat exchanger zone where compressed cooling refrigerant flow is sent through it to further cool below ambient temperature to produce compressed and further cooled refrigerant flow. An additional work-generating inflator for expanding the compressed and further cooled refrigerant flow to generate the expanded cooling refrigerant flow; passing the expanded cooling refrigerant flow through it, thereby the first temperature. An additional heat exchanger zone forming the refrigerant flow (thus the warm refrigerant flow has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone; the cooling gas flow At least part of the cooling gas stream is cooled by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant through an additional heat exchanger zone, thereby forming a liquefied gas stream; the first warm refrigerant stream is heat. It is sent to the exchanger zone to cool the compressed cooling refrigerant flow by indirect heat exchange, thereby forming a second warm refrigerant flow); and compressing the second warm refrigerant flow to create a compressed refrigerant flow. Includes additional compressor to generate.

上記は、以下の詳細な説明をより良く理解できるように本開示の特徴の概要を広範に述べた。本明細書にはさらなる特徴についても記載する。
本開示のこれら及び他の特徴、態様並びに利点は、下記説明、添付の特許請求の範囲及び以下に簡単に説明する添付図面から明らかになる。
The above has broadly outlined the features of the present disclosure so that the following detailed description can be better understood. Further features are also described herein.
These and other features, aspects and advantages of the present disclosure will become apparent from the description below, the appended claims and the accompanying drawings briefly described below.

既知の原理に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to a known principle. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 開示態様に従うLNG生成のためのシステムの模式図である。It is a schematic diagram of the system for LNG generation according to the disclosure aspect. 本開示の態様に従う方法の流れ図である。It is a flow chart of the method according to the aspect of this disclosure. 本開示の態様に従う方法の流れ図である。It is a flow chart of the method according to the aspect of this disclosure. 本開示の態様に従う方法の流れ図である。It is a flow chart of the method according to the aspect of this disclosure.

図は単なる例にすぎず、それによって本開示の範囲に制限を及ぼす意図でないことに留意すべきである。さらに、図は、一般的に正確な比率ではなく、本開示の種々の態様を説明する際の便宜及び明瞭さの目的で描かれる。 It should be noted that the figures are merely examples and are not intended to limit the scope of this disclosure. Moreover, the figures are generally drawn for convenience and clarity in describing the various aspects of the present disclosure, rather than the exact ratio.

詳細な説明
本開示の原理の理解を促すため、今からは図面に示した特徴を参照し、特定の言葉を用いて特徴を説明することになる。それにもかかわらず本開示の範囲は、それによって限定されない意図であるとの共通認識がある。本明細書に記載される開示の原理のいずれの変形形態及びさらなる変更形態、並びにいずれのさらなる適用も、本開示が関連する技術分野の当業者が一般的に気づくように企図される。分かりやすくするため、本開示に関係のない特徴は図面に示さないことがある。
Detailed explanation In order to promote understanding of the principles of the present disclosure, the features shown in the drawings will be referred to and the features will be explained using specific terms. Nonetheless, there is a consensus that the scope of this disclosure is intended without limitation. Any modification or further modification of the principles of disclosure described herein, as well as any further application, is intended to be generally noticed by those skilled in the art to which this disclosure relates. For clarity, features not relevant to this disclosure may not be shown in the drawings.

参照しやすいように、最初に、本出願で使用する特定の用語及びそれらの意味をこの文脈で説明する。本明細書で使用する用語を以下に定義しない限りは、少なくとも1つの刊行物又は交付済み特許にあるように当業者が当該用語に与えた最も広い定義を与えるべきである。さらに、同一又は類似の目的に役立つ全ての等価物、同義語、新たな開発、及び用語又は技術は、本請求項の範囲内であると考えられるので、以下に示す用語の用法によって限定されない。 For reference, the specific terms used in this application and their meanings are first described in this context. Unless the term used herein is defined below, the broadest definition given to such term by one of ordinary skill in the art as in at least one publication or issued patent should be given. Moreover, all equivalents, synonyms, new developments, and terms or techniques that serve the same or similar purpose are considered to be within the scope of this claim and are not limited by the usage of the terms given below.

当業者には当然のことのように、同一の特徴又は構成要素を人によって別の名称で言及することがある。本文書は、名称だけが異なる構成要素又は特徴を区別するよう意図しない。図は必ずしも正確な比率でない。本明細書の特定の特徴及び構成要素を規模を誇張するか又は模式的形態で示すことがあり、明瞭かつ便利にするため通常の要素は示さないことがある。ここに記載の図面を参照するとき、簡単にするため同一の参照番号を複数の図で参照することがある。下記説明及び特許請求の範囲において、用語「含む(including)及び「含む(comprising)」は、無制限様式で用いられ、従って、「含むが、これに限定されない」を意味するものと解釈すべきである。
冠詞「the」、「a」及び「an」は、必ずしも1のみを意味するものではなく、場合により、複数の該要素を含むように包括的かつ無制限である。
As a matter of course to those skilled in the art, the same feature or component may be referred to by a person under a different name. This document is not intended to distinguish between components or features that differ only in name. The figure is not always the exact ratio. Certain features and components herein may be exaggerated or shown in schematic form, and ordinary elements may not be shown for clarity and convenience. When referring to the drawings described herein, the same reference number may be referred to in a plurality of figures for simplicity. In the description and claims below, the terms "including" and "comprising" are used in an unlimited manner and should therefore be construed to mean "including, but not limited to". be.
The articles "the", "a" and "an" do not necessarily mean only one, and may be comprehensive and unlimited to include a plurality of such elements.

本明細書で使用される場合、用語「約(approximately)」、「約(about)」、「実質的に」及び同様の用語は、本開示の主題が関係する当業者による一般的かつ認められている用法に合わせて広い意味を有する意図である。本開示を精査する当業者は、記載かつ主張された一定の特徴の記述を、これらの用語がこれらの特徴の範囲を提供された正確な数値範囲に限定することなく許容する意図であると理解すべきである。従って、これらの用語は、記載された主題の実質的でないか又は重要でない修正又は変更は本開示の範囲内であるとみなすことを示すと解釈すべきである。用語「ほとんど(near)」は、数又は量の2%以内、又は5%以内、又10%以内を意味するつもりである。
本明細書で使用される場合、用語「圧縮ユニット」は、いずれか1つのタイプの圧縮機器又は類似若しくは異なるタイプの圧縮機器の組み合わせを意味し、物質又は物質の混合物を圧縮するための技術上周知の補助機器を含めてよい。「圧縮ユニット」は、1以上の圧縮段階を利用し得る。実例となる圧縮器としては、限定するものではないが、容積式タイプ、例えば往復式及び回転式圧縮器等、並びに動的タイプ、例えば遠心圧縮器及び軸流圧縮器等が挙げられる。
As used herein, the terms "approximately,""about,""substantially," and similar terms are commonly and accepted by those skilled in the art to which the subject matter of this disclosure is relevant. It is intended to have a broad meaning according to the usage. Those skilled in the art reviewing this disclosure understand that the description and assertion of certain features is intended to allow these terms without limiting the scope of these features to the exact numerical range provided. Should. Therefore, these terms should be construed as indicating that any non-substantial or insignificant amendments or changes to the described subject matter are considered to be within the scope of this disclosure. The term "near" is intended to mean within 2%, or within 5%, or within 10% of a number or quantity.
As used herein, the term "compression unit" means any one type of compression equipment or a combination of similar or different types of compression equipment, technically for compressing a substance or mixture of substances. Well-known auxiliary equipment may be included. A "compression unit" may utilize one or more compression steps. Examples of compressors include, but are not limited to, positive displacement type compressors such as reciprocating compressors and rotary compressors, and dynamic compressors such as centrifugal compressors and axial flow compressors.

本明細書では「典型的」を用いて、ただ「例、実例又は例証として役立つこと」を意味するだけである。本明細書で「典型的」と記載されるいずれの実施形態又は態様をも他の実施形態より好ましい又は有利であると解釈すべきでない。
用語「ガス」は、「蒸気」と互換的に使用され、液体又は固体状態と区別される気体状態の物質又は物質の混合物と定義される。同様に、用語「液体」は、ガス又は固体状態と区別される液体状態の物質又は物質の混合物を意味する。
本明細書で使用される場合、「熱交換領域」は、熱伝達を促進するための技術上周知のいずれか1つのタイプの機器又は類似若しくは異なるタイプの機器の組み合わせを意味する。従って、「熱交換領域」は、一体の機器内に包含されることがあり、又は複数の機器部品に包含される領域を含み得る。逆に、複数の熱交換領域が一体の機器内に包含されることがある。
As used herein, "typical" is used only to mean "useful as an example, example, or illustration." Any embodiment or embodiment described herein as "typical" should not be construed as preferred or advantageous over other embodiments.
The term "gas" is used interchangeably with "vapor" and is defined as a substance or mixture of substances in a gaseous state that distinguishes it from a liquid or solid state. Similarly, the term "liquid" means a substance or mixture of substances in a liquid state that distinguishes it from a gas or solid state.
As used herein, "heat exchange region" means any one of the technically well-known types of equipment or a combination of similar or different types of equipment to facilitate heat transfer. Thus, the "heat exchange region" may include a region that may be included within an integral device or that may be included within a plurality of device components. On the contrary, a plurality of heat exchange regions may be included in one device.

「炭化水素」は、主に水素元素と炭素元素を含むが、窒素、硫黄、酸素、金属又は任意の数の他の元素が少量存在することがある。本明細書で使用される場合、炭化水素は、一般的に天然ガス、油、又は化学加工施設に見られる成分を指す。
本明細書で使用される場合、「ループ」及び「サイクル」は互換的に使用される。
本明細書で使用される場合、「天然ガス」は、LNGの製造に適した気体原料を意味し、この原料は、主成分としてメタン(C1)を含有するメタンリッチガスである。天然ガスには、粗油井から得られるガス(随伴ガス)又はガス井戸から得られるガス(非随伴ガス(non-associated gas))が含まれることがある。
"Hydrocarbons" mainly include hydrogen and carbon elements, but may be present in small amounts of nitrogen, sulfur, oxygen, metals or any number of other elements. As used herein, hydrocarbons generally refer to components found in natural gas, oils, or chemical processing facilities.
As used herein, "loop" and "cycle" are used interchangeably.
As used herein, "natural gas" means a gaseous source suitable for the production of LNG, which source is methane-rich gas containing methane (C1) as the main component. Natural gas may include gas obtained from crude oil wells (accompanying gas) or gas obtained from gas wells (non-associated gas).

本開示は、天然ガス流及び他のメタンリッチガス流を液化して、液化天然ガス(LNG)及び/又は他の液化メタンリッチガスを生成するためのプロセス/方法及びシステムについて述べる。本開示の1以上の態様において、一次冷却ループは、2つの熱交換器ゾーンに分かれている。第1の熱交換器ゾーン内では、一次冷却ループ冷媒を用いて供給ガスを液化する。第2の熱交換器ゾーン内では、一次冷却ループ冷媒の全て又は一部を用いて高圧一次冷却ループ冷媒を冷却した後にこの冷媒を膨張させる。第1の熱交換器ゾーンは、第2の熱交換器ゾーンから物理的に離れている。さらに、第1の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプは、第2の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプと異なる。2つの別々の熱交換器ゾーンを有することの1つの利点は、2つのゾーン内の熱交換器のタイプが互いに異なり得ることである。非限定例として、第1の熱交換器ゾーンに用いる熱交換器(複数可)のタイプは、ろう付けアルミニウム熱交換器を含んでよく、第2の熱交換器ゾーンに用いる熱交換器(複数可)のタイプは、プリント回路型熱交換器を含んでよい。供給ガスの液化に必要な熱伝達の90%超が起こるのは第1の熱交換器内である。ここに低価格のろう付けアルミニウム熱交換器を使用すると、プロジェクトコストを削減する。非常に高価なプリント回路型熱交換器は、高圧冷媒の所要20664kPa(3,000psia)圧力で作動できるので、第2の熱交換器ゾーンで使用し得る。第2の熱交換器ゾーンでのプリント回路型熱交換器の使用は、それが比較的小さい熱交換器なので全体的なプロジェクトコストにそれほど大きく影響しない。これは、第2の熱交換器ゾーン内の熱伝達負荷は、第1の熱交換器ゾーンの熱伝達負荷よりかなり小さいからである。両熱交換器ゾーンは、複数の熱交換器を含むことがある。 The present disclosure describes processes / methods and systems for liquefying natural gas streams and other methane-rich gas streams to produce liquefied natural gas (LNG) and / or other liquefied methane-rich gases. In one or more aspects of the present disclosure, the primary cooling loop is divided into two heat exchanger zones. In the first heat exchanger zone, the supply gas is liquefied using the primary cooling loop refrigerant. In the second heat exchanger zone, the high pressure primary cooling loop refrigerant is cooled with all or part of the primary cooling loop refrigerant and then expanded. The first heat exchanger zone is physically separated from the second heat exchanger zone. Further, the heat exchanger type in the first heat exchanger zone is different from the heat exchanger type in the second heat exchanger zone. One advantage of having two separate heat exchanger zones is that the types of heat exchangers in the two zones can differ from each other. As a non-limiting example, the type of heat exchanger (s) used in the first heat exchanger zone may include a braided aluminum heat exchanger and the heat exchangers (s) used in the second heat exchanger zone. (Yes) type may include a printed circuit type heat exchanger. It is in the first heat exchanger that more than 90% of the heat transfer required for liquefaction of the supply gas occurs. Using a low-cost brazed aluminum heat exchanger here will reduce project costs. A very expensive printed circuit heat exchanger can be used in the second heat exchanger zone as it can operate at the required 20664 kPa (3,000 psia) pressure of high pressure refrigerant. The use of printed circuit heat exchangers in the second heat exchanger zone does not significantly affect the overall project cost as it is a relatively small heat exchanger. This is because the heat transfer load in the second heat exchanger zone is considerably smaller than the heat transfer load in the first heat exchanger zone. Both heat exchanger zones may include multiple heat exchangers.

一態様では、ガス流、特にメタンに富むガス流を液化する方法は、下記:(a)8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;(b)10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒を準備すること;(c)この圧縮冷媒を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒を生成すること;(d)この圧縮され、冷却された冷媒を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒を生成すること;(e)この圧縮され、さらに冷却された冷媒を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒を生成すること;(f)この膨張した冷却冷媒を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒を形成すること(それによって第1の温冷媒は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有し、かつ第1の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプは、第2の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプと異なる);(g)ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して、膨張した冷却冷媒との間接熱交換によってガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;(h)第1の温冷媒の少なくとも一部を第2の熱交換器ゾーンに通して間接熱交換によって、圧縮され、冷却された冷媒を冷却し、それによって第2の温冷媒を形成すること;及び(i)この第2の温冷媒を圧縮して圧縮冷媒を生成することを含む。 In one aspect, the method of liquefying the gas stream, especially the methane-rich gas stream, is as follows: (a) Prepare the supply gas stream at a pressure less than 8274 kPa (1,200 psia); (b) 10342 kPa (1,500 psia) or more. To prepare a compressed refrigerant having a pressure of; (c) cool this compressed refrigerant by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to produce a compressed and cooled refrigerant; (d) this. Sending the compressed and cooled refrigerant to a second heat exchanger zone to further cool the compressed and cooled refrigerant below ambient temperature to produce a compressed and further cooled refrigerant; ( e) Expand this compressed and further cooled refrigerant in at least one workpiece-forming expander to produce the expanded cooling refrigerant; (f) use this expanded cooling refrigerant in the first heat exchanger. Forming a first hot refrigerant through the zone, thereby having a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone. And the heat exchanger type in the first heat exchanger zone is different from the heat exchanger type in the second heat exchanger zone); (g) The gas stream passed through the first heat exchanger zone and expanded. Cooling at least part of the gas stream by indirect heat exchange with the cooling refrigerant, thereby forming a liquefied gas stream; (h) Passing at least part of the first warm refrigerant through the second heat exchanger zone. By indirect heat exchange, the compressed and cooled refrigerant is cooled, thereby forming a second warm refrigerant; and (i) compressing this second warm refrigerant to produce a compressed refrigerant. include.

別の態様では、ガス流を液化する方法は、下記:(a)8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;(b)このガス流を少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮して圧縮ガス流を形成すること;(c)この圧縮ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却されたガス流を形成すること;(d)この圧縮され、冷却されたガス流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で13790kPa(2,000psia)未満かつ該ガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張させ、それによって冷却ガス流を形成すること;(e)10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒を準備すること;(f)この圧縮冷媒を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒を生成すること;(g)この圧縮され、冷却された冷媒を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒を生成すること;(h)この圧縮され、さらに冷却された冷媒を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒を生成すること;(i)この膨張した冷却冷媒を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒を形成すること(それによって第1の温冷媒は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有し、かつ第1の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプは、第2の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプと異なる);(j)冷却ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して、冷却ガス流の少なくとも一部を膨張した冷却冷媒との間接熱交換によって冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;(k)第1の温冷媒を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮された冷却冷媒を間接熱交換によって冷却し、それによって第2の温冷媒を形成すること;及び(l)この第2の温冷媒を圧縮して圧縮冷媒を生成することを含む。 In another embodiment, the method of liquefying the gas stream is as follows: (a) prepare the feed gas stream at a pressure less than 8274 kPa (1,200 psia); (b) make this gas stream a pressure of at least 10342 kPa (1,500 psia). Compressing to form a compressed gas stream; (c) Cooling this compressed gas stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to form a compressed and cooled gas stream; ( d) This compressed and cooled gas stream is expanded in at least one workpiece-forming inflator to a pressure of less than 13790 kPa (2,000 psia) and below the compressed pressure, thereby forming a cooling gas stream. To do; (e) Prepare a compressed refrigerant with a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher; (f) Cool the compressed refrigerant by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to compress and cool. Producing compressed refrigerant; (g) this compressed and cooled refrigerant is sent to a second heat exchanger zone to further cool the compressed and cooled refrigerant below ambient temperature and compress. To produce a further cooled refrigerant; (h) to expand this compressed and further cooled refrigerant in at least one workpiece-forming inflator, thereby producing an expanded cooling refrigerant; (i). Passing this expanded cooling refrigerant through the first heat exchanger zone to form the first hot refrigerant (so that the first hot refrigerant is at least 2.8 above the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone. ℃ (5 ° F) cold temperature, and the heat exchanger type in the first heat exchanger zone is different from the heat exchanger type in the second heat exchanger zone); (j) Cooling gas flow Through the first heat exchanger zone, at least a part of the cooling gas flow is cooled by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant, thereby forming a liquefied gas flow; (k) the first warm refrigerant. To the second heat exchanger zone to cool the compressed cooling refrigerant by indirect heat exchange, thereby forming a second warm refrigerant; and (l) compress this second hot refrigerant. Includes the production of compressed refrigerant.

別の態様では、ガス流を液化する方法は、下記:(a)8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;(b)このガス流とほとんど同じ圧力で冷媒流を準備すること;(c)ガス流を冷媒流と混合して第2のガス流を形成すること;(d)この第2のガス流を少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮して、圧縮された第2のガス流を形成すること;(e)この圧縮された第2のガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された第2のガス流を形成すること;(f)この圧縮され、冷却された第2のガス流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された第2のガス流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された第2のガス流を生成すること;(g)この圧縮され、さらに冷却された第2のガス流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で13790kPa(2,000psia)未満かつ第2のガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張させ、それによって膨張し、冷却された第2のガス流を形成すること;(h)この膨張し、冷却された第2のガス流を第1の膨張冷媒と冷却ガス流に分けること;(i)第1の膨張冷媒を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって第2の膨張冷媒を生成すること;(j)この第2の膨張冷媒を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒を形成すること(それによって第1の温冷媒は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有し、かつ第1の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプは、第2の熱交換器ゾーンの熱交換器タイプと異なる);(k)冷却ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して冷却ガス流の少なくとも一部を第2の膨張冷媒との間接熱交換によって冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;(l)第1の温冷媒を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された第2のガス流を間接熱交換によって冷却して、第2の温冷媒を形成すること;及び(m)この第2の温冷媒を圧縮して冷媒流を生成することを含む。 In another embodiment, the method of liquefying the gas stream is as follows: (a) Prepare the supply gas stream at a pressure less than 8274 kPa (1,200 psia); (b) Prepare the refrigerant stream at almost the same pressure as this gas stream. To do; (c) mix the gas stream with the refrigerant stream to form a second gas stream; (d) compress this second gas stream to a pressure of at least 10342 kPa (1,500 psia) and compress it. Forming a second gas stream; (e) This compressed second gas stream is cooled by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to create a compressed and cooled second gas. Forming a stream; (f) Send this compressed and cooled second gas stream to the second heat exchanger zone to further bring the compressed and cooled second gas stream below ambient temperature. Cooling to produce a compressed and further cooled second gas stream; (g) This compressed and further cooled second gas stream is 13790 kPa (2,000) in at least one workpiece-forming inflator. psia) The expansion of the second gas stream to a pressure below the compressed pressure, thereby expanding and forming a cooled second gas stream; (h) this expanded and cooled second gas stream. Dividing the second gas flow into a first expanding refrigerant and a cooling gas flow; (i) expanding the first expanding refrigerant in at least one workpiece-forming inflator, thereby producing a second expanding refrigerant. (J) Passing this second expanding refrigerant through the first heat exchanger zone to form the first hot refrigerant (so that the first hot refrigerant is the highest in the first heat exchanger zone. It has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the fluid temperature, and the heat exchanger type in the first heat exchanger zone is different from the heat exchanger type in the second heat exchanger zone); (k ) Passing the cooling gas stream through the first heat exchanger zone to cool at least part of the cooling gas stream by indirect heat exchange with the second expanding refrigerant, thereby forming a liquefied gas stream; (l) Sending the first warm refrigerant to the second heat exchanger zone and cooling the compressed and cooled second gas stream by indirect heat exchange to form the second warm refrigerant; and (m). ) Includes compressing this second warm refrigerant to generate a refrigerant flow.

本開示の態様は、ガス流を第1の熱交換器ゾーンに送る前に、ガス流を11032kPa(1,600psia)以下の圧力まで圧縮してからこの圧縮ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却する追加工程を含むことがある。本開示の態様は、ガス流を第1の熱交換器ゾーンに送る前に、ガス流を外部冷却ユニット内での間接熱交換によって周囲温度未満の温度に冷却する追加工程を含むこともある。本開示の態様は、圧縮され、冷却された冷媒を第2の熱交換器ゾーンに送る前に、圧縮され、冷却された冷媒を外部冷却ユニットとの間接熱交換によって周囲温度未満の温度に冷却する追加工程を含むこともある。記載したこれらの追加工程は、単独で又は互いに組み合わせて利用し可能である。 The embodiment of the present disclosure is to compress the gas stream to a pressure of 11032 kPa (1,600 psia) or less before sending the gas stream to the first heat exchanger zone, and then combine this compressed gas stream with air or water at ambient temperature. It may include an additional step of cooling by indirect heat exchange. Aspects of the present disclosure may include an additional step of cooling the gas stream to a temperature below ambient temperature by indirect heat exchange within an external cooling unit before sending the gas stream to the first heat exchanger zone. Aspects of the present disclosure are that the compressed and cooled refrigerant is cooled to a temperature below ambient temperature by indirect heat exchange with an external cooling unit before the compressed and cooled refrigerant is sent to the second heat exchanger zone. It may also include additional steps to be performed. These additional steps described can be used alone or in combination with each other.

本開示の態様は、HPXPの効率を大いに改善するために供給原料の圧縮が必要とされる既知の液化プロセスに勝るいくつかの利点を有する。対照的に、開示態様の効率は、既知の液化プロセスに従う同等の構造に対する効率より16%高い。本開示の態様は、第1の熱交換器ゾーンに高コストの主要極低温熱交換器を使用する必要なく、顕著な供給原料圧縮(10342kPa(1,500psia)超)を可能にするというさらなる利点を有し得る。開示方法による供給原料圧縮は、一次冷却及びサブ冷却ループに行く固定量の力のためHPXPトレインのLNG生成を25%超高める手段を提供し得る。本開示の態様は、供給ガスの圧縮サービス及び機器数を減らすために一次冷却ループのその一部を組み合わせるという利点をも有し得る。該実施形態は高効率及び小規模LNG用途に適したコンパクトな構造を可能にする。 Aspects of the present disclosure have several advantages over known liquefaction processes that require compression of feedstock to greatly improve the efficiency of HPXP. In contrast, the efficiency of the disclosed embodiment is 16% higher than that for equivalent structures according to known liquefaction processes. Aspects of the present disclosure have the added benefit of enabling significant feedstock compression (> 10342 kPa (1,500 psia)) without the need to use a high cost major cryogenic heat exchanger in the first heat exchanger zone. Can have. Feed material compression according to the disclosure method may provide a means of increasing LNG production in HPXP trains by more than 25% due to a fixed amount of force going to the primary cooling and subcooling loops. Aspects of the present disclosure may also have the advantage of combining some of the primary cooling loops to reduce the supply gas compression service and the number of devices. The embodiment enables a compact structure suitable for high efficiency and small-scale LNG applications.

図2は、開示態様に従う液化システム200を示す模式図である。液化システム200は、膨張器ループと呼ばれることもある一次冷却ループ202を含む。この液化システムは、好ましくはサブ冷却冷媒として窒素を満たした閉じた冷却ループであるサブ冷却ループ204をも含む。一次冷却ループ202内で、膨張した冷却冷媒流205が第1の熱交換器ゾーン201に送られて、供給ガス流206と熱交換して第1の温冷媒流208を形成する。この第1の温冷媒208の一部が第2の熱交換器ゾーン210に送られて、1つ以上の熱交換器210a内で、圧縮され、冷却された冷媒流212と熱交換して、圧縮され、冷却された冷媒流をさらに冷却して、第2の温冷媒流209及び圧縮され、さらに冷却された冷媒流213を形成する。この1つ以上の熱交換器210aは、プリント回路型熱交換器タイプ、シェルアンドチューブ熱交換器タイプ、又はその組み合わせであってよい。第2の熱交換器ゾーン内の熱交換器タイプは、10342kPa(1,500psia)超の設計圧力、さらに好ましくは、13790kPa(2,000psia)超の設計圧力、さらに好ましくは、20664kPa(3,000psia)超の設計圧力を有し得る。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a liquefaction system 200 according to the disclosure mode. The liquefaction system 200 includes a primary cooling loop 202, sometimes referred to as an inflator loop. The liquefaction system also includes a sub-cooling loop 204, which is a closed cooling loop filled with nitrogen, preferably as a sub-cooling refrigerant. In the primary cooling loop 202, the expanded cooling refrigerant flow 205 is sent to the first heat exchanger zone 201 and exchanges heat with the supply gas flow 206 to form the first warm refrigerant flow 208. A portion of this first hot refrigerant 208 is sent to the second heat exchanger zone 210 to exchange heat with the compressed and cooled refrigerant stream 212 in one or more heat exchangers 210a. The compressed and cooled refrigerant stream is further cooled to form a second warm refrigerant stream 209 and a compressed and further cooled refrigerant stream 213. The one or more heat exchangers 210a may be a printed circuit type heat exchanger type, a shell and tube heat exchanger type, or a combination thereof. The heat exchanger type in the second heat exchanger zone has a design pressure of more than 10342 kPa (1,500 psia), more preferably a design pressure of more than 13790 kPa (2,000 psia), even more preferably a design pressure of more than 20664 kPa (3,000 psia). Can have design pressure.

第2の熱交換器ゾーン210に送られた第1の温冷媒流208の部分は、第1の熱交換器ゾーン201内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも5.6℃(10°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも8.3℃(15°F)冷たい温度を有する。第1の熱交換器ゾーン内にとどまり得る第1の温冷媒流208の部分(参照番号208aで示される)は、さらに供給ガス流と熱交換して第3の温冷媒流214を形成する。第2の熱交換器ゾーン210からの第2の温冷媒流209を、第1の熱交換器ゾーン201からの第3の温冷媒流214と合わせて第4の温冷媒流216を生成し得る。この第4の温冷媒流は、1以上の圧縮ユニット218、220内で10342kPa(1,500psia)超の圧力、さらに好ましくは、約20664kPa(3,000psia)の圧力まで圧縮されて圧縮冷媒流222を形成する。圧縮冷媒流222は、次に冷却器224内で周囲冷却媒体(空気又は水)に接して冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流212を生成する。冷却器224は、前述した冷却器112と同様であってよい。圧縮され、さらに冷却された冷媒流213は、膨張器226内でほとんど等エントロピー的に膨張して、膨張した冷却冷媒流205を生成する。膨張器226は、圧縮のために抽出かつ使用し得るワークを生成するワーク膨張装置、例えばガス膨張器であってよい。 The portion of the first hot refrigerant flow 208 sent to the second heat exchanger zone 210 is at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone 201, more preferably. , At least 5.6 ° C (10 ° F) cold, more preferably at least 8.3 ° C (15 ° F) cold. The portion of the first warm refrigerant flow 208 (indicated by reference number 208a) that may remain in the first heat exchanger zone further heat exchanges with the supply gas stream to form a third warm refrigerant flow 214. The second hot refrigerant flow 209 from the second heat exchanger zone 210 may be combined with the third hot refrigerant flow 214 from the first heat exchanger zone 201 to generate a fourth hot refrigerant flow 216. .. This fourth hot refrigerant flow is compressed to a pressure above 10342 kPa (1,500 psia), more preferably about 20664 kPa (3,000 psia) in one or more compression units 218, 220 to form a compressed refrigerant flow 222. do. The compressed refrigerant stream 222 is then cooled in contact with the ambient cooling medium (air or water) in the cooler 224 to produce a compressed and cooled refrigerant stream 212. The cooler 224 may be similar to the cooler 112 described above. The compressed and further cooled refrigerant flow 213 expands almost equientropically in the expander 226 to produce an expanded cooling refrigerant flow 205. The inflator 226 may be a work inflator, such as a gas inflator, that produces a work that can be extracted and used for compression.

第1の熱交換器ゾーン201は、複数の熱交換装置を含んでよく、図2に示す態様では、第1の熱交換器ゾーンは、第1及び第2の主熱交換器232、234を含み、かつサブ冷却熱交換器236は、膨張した冷却冷媒205と熱交換する。これらの熱交換器は、ろう付けアルミニウム熱交換器タイプ、プレートフィン熱交換器タイプ、渦巻き形熱交換器タイプ、又はその組み合わせであってよい。サブ冷却ループ204内で、膨張したサブ冷却冷媒流238(好ましくは窒素を含む)が膨張器240から排出され、サブ冷却熱交換器236、第2及び第1の主熱交換器234、232を通って引き出される。膨張したサブ冷却冷媒流238は、次に圧縮ユニット242に送られ、そこでより高い圧力に再圧縮され、温められる。圧縮ユニット242を出た後、再圧縮されたサブ冷却冷媒流244は冷却器246内で冷却される。冷却器246は、冷却器224と同じタイプのものであってよいが、いずれのタイプの冷却器を使用してもよい。冷却後、再圧縮されたサブ冷却冷媒流は、第1及び第2の主熱交換器232、234を通り抜け、その中で温冷媒流208及び膨張したサブ冷却冷媒流238の一部又は全てとの間接熱交換によってさらに冷却される。第1の熱交換領域201を出た後、再圧縮かつ冷却されたサブ冷却冷媒流は膨張器240を通って膨張して、膨張したサブ冷却冷媒流238をもたらす。これは、本明細書に記載どおりに第1の熱交換器ゾーンを通って再循環される。このように、供給ガス流206は、第1の熱交換器ゾーン201内で冷却、液化及びサブ冷却されてサブ冷却ガス流248を生成する。サブ冷却ガス流248は、次に膨張器250内でより低い圧力まで膨張して液化フラクションと残留蒸気フラクションを形成する。膨張器250は、いずれの減圧装置であってもよく、限定するものではないが、弁、制御弁、ジュールトムソン弁、ベンチュリ装置、液体膨張器、水力タービン等が挙げられる。今やより低い圧力であり、部分的に液化されているサブ冷却流248は、サージタンク252に送られ、そこで液化フラクション254は、沸点圧力に対応する温度を有するLNG流256としてプロセスから取り出される。残留蒸気フラクション(フラッシュ蒸気)流258は、圧縮ユニットに動力を供給する燃料として使用可能である。 The first heat exchanger zone 201 may include a plurality of heat exchangers, and in the embodiment shown in FIG. 2, the first heat exchanger zone includes the first and second main heat exchangers 232, 234. The sub-cooling heat exchanger 236 includes and exchanges heat with the expanded cooling refrigerant 205. These heat exchangers may be brazed aluminum heat exchanger type, plate fin heat exchanger type, spiral heat exchanger type, or a combination thereof. Within the sub-cooling loop 204, the expanded sub-cooling refrigerant flow 238 (preferably containing nitrogen) is discharged from the expander 240 to the sub-cooling heat exchangers 236, second and first main heat exchangers 234, 232. Pulled out through. The expanded sub-cooling refrigerant flow 238 is then sent to the compression unit 242, where it is recompressed to a higher pressure and warmed. After leaving the compression unit 242, the recompressed subcooling refrigerant flow 244 is cooled in the cooler 246. The cooler 246 may be of the same type as the cooler 224, but any type of cooler may be used. After cooling, the recompressed sub-cooling refrigerant flow passes through the first and second main heat exchangers 232, 234, in which the warm refrigerant flow 208 and part or all of the expanded sub-cooling refrigerant flow 238. Further cooled by indirect heat exchange. After exiting the first heat exchange region 201, the recompressed and cooled subcooling refrigerant flow expands through the expander 240 to provide the expanded subcooling refrigerant flow 238. It is recirculated through the first heat exchanger zone as described herein. Thus, the supply gas stream 206 is cooled, liquefied and subcooled in the first heat exchanger zone 201 to produce a subcooled gas stream 248. The sub-cooling gas stream 248 then expands within the inflator 250 to a lower pressure to form a liquefied fraction and a residual vapor fraction. The expander 250 may be any decompression device, and examples thereof include, but are not limited to, a valve, a control valve, a Joule-Thomson valve, a Venturi device, a liquid expander, and a hydraulic turbine. The now lower pressure, partially liquefied sub-cooling stream 248 is sent to the surge tank 252, where the liquefied fraction 254 is removed from the process as an LNG stream 256 with a temperature corresponding to the boiling pressure. The residual steam fraction (flash steam) stream 258 can be used as fuel to power the compression unit.

図3は、本開示の別の態様に従う液化システム300を示す模式図である。液化システム300は液化システム200に類似しており、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム300は一次冷却ループ302及びサブ冷却ループ304を含む。液化システム300は第1及び第2の熱交換器ゾーン301、310をも含む。液化システム200とは対照的に、第1の温冷媒308の全てが第2の熱交換器ゾーン310に送られて、1つ以上の熱交換器310a内で、圧縮された冷却冷媒流312と熱交換して第2の温冷媒309を形成する。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a liquefaction system 300 according to another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 300 is similar to the liquefaction system 200, and for the sake of simplicity, components similarly drawn or numbered may not be mentioned further. The liquefaction system 300 includes a primary cooling loop 302 and a sub-cooling loop 304. The liquefaction system 300 also includes first and second heat exchanger zones 301, 310. In contrast to the liquefaction system 200, all of the first hot refrigerant 308 is sent to the second heat exchanger zone 310 and within one or more heat exchangers 310a with the compressed cooling refrigerant flow 312. Heat exchange is performed to form a second hot refrigerant 309.

第1の温冷媒流308は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも5.6℃(10°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも8.3℃(15°F)冷たい温度を有する。第2の温冷媒流309を1以上の圧縮器318、320内で10342kPa(1,500psia)超の圧力、さらに好ましくは、約20664kPa(3,000psia)の圧力まで圧縮し、それによって圧縮冷媒流322を形成してよい。圧縮冷媒流322は、次に周囲冷却媒体(空気又は水)に接して冷却されて、圧縮され、冷却された冷媒流312を生成し、これは第2の熱交換器ゾーン310に送られる。圧縮され、さらに冷却された冷媒流313は、膨張器326内でほとんど等エントロピー的に膨張して、膨張した冷却冷媒流305を生成する。 The first hot refrigerant stream 308 is at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone, more preferably at least 5.6 ° C (10 ° F) colder, more preferably. It has a cold temperature of at least 8.3 ° C (15 ° F). The second warm refrigerant flow 309 is compressed in one or more compressors 318, 320 to a pressure greater than 10342 kPa (1,500 psia), more preferably to a pressure of approximately 20664 kPa (3,000 psia), thereby creating a compressed refrigerant flow 322. May be formed. The compressed refrigerant stream 322 is then cooled in contact with the ambient cooling medium (air or water) to produce a compressed and cooled refrigerant stream 312, which is sent to the second heat exchanger zone 310. The compressed and further cooled refrigerant flow 313 expands almost equientropically in the expander 326 to produce the expanded cooling refrigerant flow 305.

供給ガス流306は、主熱交換器332及びサブ冷却熱交換器336を含む第1の熱交換領域301を通って送られる。第1の温冷媒308の全てが第2の熱交換器ゾーン310に送られるので、第1の熱交換器ゾーン301内の主熱交換器の数を減らすことができる。サブ冷却ループ304内で、膨張したサブ冷却冷媒流338(好ましくは窒素を含む)が膨張器340から排出され、サブ冷却熱交換器336及び主熱交換器332を通って引き出される。膨張したサブ冷却冷媒流338は、次に圧縮ユニット342に送られ、そこでより高い圧力まで再圧縮され、温められる。圧縮ユニット342を出た後、再圧縮されたサブ冷却冷媒流344は、冷却器346内で冷却される。冷却器346は、冷却器324と同じタイプであってよいが、いずれのタイプの冷却器を使用してもよい。冷却後、再圧縮されたサブ冷却冷媒流は、主熱交換器232を通り抜け、その中で、膨張した冷却冷媒流305及び膨張したサブ冷却冷媒流338の一部又は全てとの間接熱交換によってさらに冷却される。第1の熱交換領域301を出た後、再圧縮かつ冷却されたサブ冷却冷媒流は、膨張器340を通って膨張して、膨張したサブ冷却冷媒流338をもたらす。これは、本明細書に記載どおりに第1の熱交換領域を通って再循環される。このように、供給ガス流306は、第1の熱交換器ゾーン301内で冷却、液化及びサブ冷却されてサブ冷却ガス流348を生成する。サブ冷却ガス流348は、次に膨張器350内でより低い圧力まで膨張して液化フラクションと残留蒸気フラクションを形成する。膨張器350は、いずれの減圧装置であってもよく、限定するものではないが、弁、制御弁、ジュールトムソン弁、ベンチュリ装置、液体膨張器、水力タービン等が挙げられる。今やより低い圧力であり、かつ部分的に液化されているサブ冷却流348は、サージタンク352に送られ、そこで液化フラクション354は、沸点圧力に対応する温度を有するLNG流356としてプロセスから取り出される。残留蒸気フラクション(フラッシュ蒸気)流358は、圧縮ユニットに動力を供給する燃料として使用可能である。 The supply gas flow 306 is sent through the first heat exchange region 301 including the main heat exchanger 332 and the sub-cooling heat exchanger 336. Since all of the first hot refrigerant 308 is sent to the second heat exchanger zone 310, the number of main heat exchangers in the first heat exchanger zone 301 can be reduced. Within the sub-cooling loop 304, the expanded sub-cooling refrigerant flow 338 (preferably containing nitrogen) is discharged from the expander 340 and drawn through the sub-cooling heat exchanger 336 and the main heat exchanger 332. The expanded sub-cooling refrigerant flow 338 is then sent to the compression unit 342, where it is recompressed to a higher pressure and warmed. After leaving the compression unit 342, the recompressed subcooling refrigerant flow 344 is cooled in the cooler 346. The cooler 346 may be of the same type as the cooler 324, but any type of cooler may be used. After cooling, the recompressed sub-cooling refrigerant flow passes through the main heat exchanger 232 through indirect heat exchange with some or all of the expanded cooling refrigerant flow 305 and the expanded sub-cooling refrigerant flow 338. Further cooled. After exiting the first heat exchange region 301, the recompressed and cooled subcooling refrigerant flow expands through the expander 340 to provide the expanded subcooling refrigerant flow 338. It is recirculated through the first heat exchange region as described herein. Thus, the supply gas stream 306 is cooled, liquefied and subcooled within the first heat exchanger zone 301 to produce a subcooled gas stream 348. The sub-cooling gas stream 348 then expands to a lower pressure in the inflator 350 to form a liquefied fraction and a residual vapor fraction. The expander 350 may be any decompression device, and examples thereof include, but are not limited to, a valve, a control valve, a Joule-Thomson valve, a Venturi device, a liquid expander, and a hydraulic turbine. The now lower pressure and partially liquefied sub-cooling stream 348 is sent to the surge tank 352, where the liquefied fraction 354 is removed from the process as an LNG stream 356 with a temperature corresponding to the boiling pressure. .. The residual steam fraction (flash steam) stream 358 can be used as fuel to power the compression unit.

図4は、本開示の別の態様に従う液化システム400を示す模式図である。液化システム400は液化システム200に類似しており、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム400は、一次冷却ループ402及びサブ冷却ループ404を含む。液化システム400は、第1及び第2の熱交換器ゾーン401、410をも含む。液化システム400では、サブ冷却ループ404は、開いた冷却ループであり、そこで、膨張したサブ冷却ガス流448の一部449が再循環され、サブ冷却冷媒流として用いられる。詳細には、膨張したサブ冷却ガス流の一部449は、以前に述べたように第1の熱交換器ゾーン401を通って送られた後、圧縮器442内で圧縮され、冷却器446内で冷却され、供給ガス流406中に再び挿入される。このサブ冷却冷媒流は、図のように、1つの流れであってよく、或いは異なる圧力の複数の流れを含んでもよく、例えば、膨張したサブ冷却ガス流の50%以下の部分がそれて、1以上の減圧弁を通ってその圧力を約207〜2070kPa(30〜300psia)の範囲まで下げ、それによって1以上の減圧ガス流を生成することがある。減圧ガス流を次にサブ冷却冷媒として第1の熱交換器ゾーンに通すことができる。複数の流れを有すると、サブ冷却プロセスの効率を改善する。代わりに、このサブ冷却ループを閉じた冷却ループとなるように構成してよい。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a liquefaction system 400 according to another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 400 is similar to the liquefaction system 200, and for the sake of simplicity, components similarly drawn or numbered may not be mentioned further. The liquefaction system 400 includes a primary cooling loop 402 and a sub-cooling loop 404. The liquefaction system 400 also includes first and second heat exchanger zones 401, 410. In the liquefaction system 400, the sub-cooling loop 404 is an open cooling loop in which a portion 449 of the expanded sub-cooling gas flow 448 is recirculated and used as the sub-cooling refrigerant flow. Specifically, a portion of the expanded sub-cooling gas stream 449 is sent through the first heat exchanger zone 401 as previously mentioned and then compressed within the compressor 442 and within the cooler 446. It is cooled by and reinserted into the supply gas stream 406. This sub-cooling refrigerant flow may be a single flow or may include multiple flows of different pressures, as shown in the figure, for example, a portion of 50% or less of the expanded sub-cooling gas flow deviates. The pressure may be reduced to a range of about 207 to 2070 kPa (30 to 300 psia) through one or more pressure reducing valves, thereby producing one or more pressure reducing gas streams. The decompression gas stream can then be passed through the first heat exchanger zone as a sub-cooling refrigerant. Having multiple streams improves the efficiency of the sub-cooling process. Alternatively, the sub-cooling loop may be configured to be a closed cooling loop.

図5は、本開示の別の態様に従う液化システム500を示す模式図である。液化システム500は液化システム200に類似しており、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム500は一次冷却ループ502及びサブ冷却ループ504を含む。液化システム500は第1及び第2の熱交換器ゾーン501、510をも含む。液化システム500の流れは、供給ガス流506を圧縮器560内で圧縮してから、圧縮された供給ガス561を、冷却器562を用いて周囲空気又は水で冷却して、冷却され、圧縮された供給ガス流563を生成する追加工程を含む。供給ガスの圧縮を利用して液化プロセスの全効率を改善し、LNG生成量を増やすことができる。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a liquefaction system 500 according to another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 500 is similar to the liquefaction system 200, and for the sake of simplicity, components similarly drawn or numbered may not be mentioned further. The liquefaction system 500 includes a primary cooling loop 502 and a sub-cooling loop 504. The liquefaction system 500 also includes first and second heat exchanger zones 501, 510. The flow of the liquefaction system 500 is cooled and compressed by compressing the supply gas flow 506 in the compressor 560 and then cooling the compressed supply gas 561 with ambient air or water using the cooler 562. Includes an additional step to generate the supplied gas flow 563. The compression of the feed gas can be used to improve the overall efficiency of the liquefaction process and increase the amount of LNG produced.

図6は、本開示の別の態様に従う液化システム600を示す模式図である。液化システム600は液化システム300に類似しており、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム600は一次冷却ループ602及びサブ冷却ループ604を含む。液化システム600は第1及び第2の熱交換器ゾーン601、610をも含む。液化システム600は、外部冷却ユニット665内で供給ガス流606を周囲温度未満の温度に冷却して冷却ガス流667を生成する追加工程を含む。冷却ガス流667は、次に前述したように第1の熱交換器ゾーン601に送られる。図6に示すように供給ガスの冷却工程を用いて液化プロセスの全効率を改善し、LNG生成量を増やすことができる。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a liquefaction system 600 according to another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 600 is similar to the liquefaction system 300, and for the sake of simplicity, components similarly drawn or numbered may not be mentioned further. The liquefaction system 600 includes a primary cooling loop 602 and a sub-cooling loop 604. The liquefaction system 600 also includes first and second heat exchanger zones 601, 610. The liquefaction system 600 includes an additional step of cooling the supply gas stream 606 to a temperature below ambient temperature within the external cooling unit 665 to generate a cooling gas stream 667. The cooling gas stream 667 is then sent to the first heat exchanger zone 601 as described above. As shown in FIG. 6, the supply gas cooling step can be used to improve the overall efficiency of the liquefaction process and increase the amount of LNG produced.

図7は、本開示の別の態様に従う液化システム700を示す模式図である。液化システム700は液化システム200に類似しており、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム700は一次冷却ループ702及びサブ冷却ループ704を含む。液化システム700は第1及び第2の熱交換器ゾーン701、710をも含む。液化システム700は、圧縮された冷却冷媒712を一次冷却ループ702内で外部冷却ユニット770を用いて周囲温度未満の温度に冷却し、それによって圧縮された冷却冷媒772を生成する追加工程を含む。圧縮された冷却冷媒772は、次に前述したように第2の熱交換器ゾーン710に送られる。外部冷却ユニットを用いて、圧縮された冷却冷媒をさらに冷却する工程を用いて液化プロセスの全効率を改善し、LNG生成量を増やすことができる。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a liquefaction system 700 according to another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 700 is similar to the liquefaction system 200, and for simplicity, components similarly drawn or numbered may not be mentioned further. The liquefaction system 700 includes a primary cooling loop 702 and a sub-cooling loop 704. The liquefaction system 700 also includes first and second heat exchanger zones 701 and 710. The liquefaction system 700 includes an additional step of cooling the compressed cooling refrigerant 712 into a primary cooling loop 702 using an external cooling unit 770 to a temperature below ambient temperature, thereby producing a compressed cooling refrigerant 772. The compressed cooling refrigerant 772 is then sent to the second heat exchanger zone 710 as described above. An external cooling unit can be used to further cool the compressed cooling refrigerant to improve the overall efficiency of the liquefaction process and increase the amount of LNG produced.

図8は、本開示の別の態様に従う液化システム800を示す模式図である。液化システム800は液化システム300に類似しており、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム800は一次冷却ループ802及びサブ冷却ループ804を含む。液化システム800は第1及び第2の熱交換器ゾーン801、810をも含む。液化システム800では、供給ガス流806は、圧縮器860内で少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮されて圧縮ガス流861を形成する。外部冷却ユニット862を用いて、圧縮ガス流861は、周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却されて、圧縮された冷却ガス流863を形成する。この圧縮された冷却ガス流863は、少なくとも1つのワーク生成膨張器874内で、13790kPa(2,000psia)未満であるが、このガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張し、それによって冷却ガス流876を形成する。冷却ガス流876は、次に第1の熱交換器ゾーン801に送られ、そこで前述したように一次冷却冷媒及びサブ冷却冷媒を用いて冷却ガス流を液化する。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a liquefaction system 800 according to another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 800 is similar to the liquefaction system 300, and for simplicity, components similarly drawn or numbered may not be mentioned further. The liquefaction system 800 includes a primary cooling loop 802 and a sub-cooling loop 804. The liquefaction system 800 also includes first and second heat exchanger zones 801, 810. In the liquefaction system 800, the supply gas stream 806 is compressed in the compressor 860 to a pressure of at least 10342 kPa (1,500 psia) to form the compressed gas stream 861. Using the external cooling unit 862, the compressed gas stream 861 is cooled by indirect heat exchange with air or water at ambient temperature to form a compressed cooling gas stream 863. This compressed cooling gas stream 863 is less than 13790 kPa (2,000 psia) in at least one workpiece-forming inflator 874, but this gas stream expands to a pressure below the compressed pressure, thereby cooling gas. Form flow 876. The cooling gas flow 876 is then sent to the first heat exchanger zone 801 where the cooling gas flow is liquefied using the primary cooling refrigerant and the sub-cooling refrigerant as described above.

サブ冷却ループ804は、好ましくはサブ冷却冷媒流として窒素を満たした閉じた冷却ループである。一次冷却ループ802内で、膨張した冷却冷媒流805が第1の熱交換器ゾーン801に送られて、冷却ガス流876と熱交換して第1の温冷媒流808を形成する。第1の温冷媒流808は第2の熱交換器ゾーン810に送られて、圧縮された冷却冷媒流825と熱交換して、圧縮された冷却冷媒流825をさらに冷却し、それによって第2の温冷媒流809及び圧縮され、さらに冷却された冷媒流813を形成する。第1の温冷媒流808は、第1の熱交換器ゾーン801内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも5.6℃(10°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも8.3℃(15°F)冷たい温度を有する。1以上の圧縮器818、820を用いて、第2の温冷媒流809は、10342kPa(1,500psia)超の圧力、さらに好ましくは、約20664kPa(3,000psia)の圧力まで圧縮されて圧縮冷媒流822を形成する。圧縮冷媒流822は、次に外部冷却ユニット824内で周囲冷却媒体(空気又は水)に接して冷却されて、圧縮された冷却冷媒流825を生成する。第2の熱交換領域810を通って送られた後、圧縮され、さらに冷却された冷媒流は、膨張器826内でほとんど等エントロピー的に膨張して、膨張した冷却冷媒805を生成する。第1の熱交換器ゾーン内で冷却ガス流876は液化及びサブ冷却されてサブ冷却ガス流848を生成する。これは、前述したようにさらに加工される。 The sub-cooling loop 804 is preferably a closed cooling loop filled with nitrogen as a sub-cooling refrigerant stream. Within the primary cooling loop 802, the expanded cooling refrigerant flow 805 is sent to the first heat exchanger zone 801 to exchange heat with the cooling gas flow 876 to form the first warm refrigerant flow 808. The first hot refrigerant flow 808 is sent to the second heat exchanger zone 810 to exchange heat with the compressed cooling refrigerant flow 825 to further cool the compressed cooling refrigerant flow 825, thereby the second. Form a warm refrigerant stream 809 and a compressed and further cooled refrigerant stream 813. The first hot refrigerant flow 808 is at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone 801, more preferably at least 5.6 ° C (10 ° F) colder, even more preferably. Has a cold temperature of at least 8.3 ° C (15 ° F). Using one or more compressors 818, 820, the second warm refrigerant flow 809 is compressed to a pressure above 10342 kPa (1,500 psia), more preferably to a pressure of approximately 20664 kPa (3,000 psia). To form. The compressed refrigerant stream 822 is then cooled in contact with the ambient cooling medium (air or water) in the external cooling unit 824 to produce a compressed cooling refrigerant stream 825. After being sent through the second heat exchange region 810, the compressed and further cooled refrigerant stream expands almost equientropically within the expander 826 to produce the expanded cooling refrigerant 805. Within the first heat exchanger zone, the cooling gas stream 876 is liquefied and subcooled to produce a subcooling gas stream 848. This is further processed as described above.

図9は、本開示のさらに別の態様に従う液化システム900を示す模式図である。液化システム900は、先に開示した液化システムと類似の構造及び構成要素を含有し、簡単にするため、同様に描かれるか又は番号が付されている構成要素についてはさらに述べないことがある。液化システム900は一次冷却ループ902及びサブ冷却ループ904を含む。液化システム900は第1及び第2の熱交換器ゾーン901、910をも含む。液化システム900では、供給ガス流906が冷媒流907と混合されて第2の供給ガス流906aを生成する。第2の供給ガス流906aは、圧縮器960を用いて、10342kPa(1,500psia)超の圧力、さらに好ましくは約20664kPa(3,000psia)の圧力まで圧縮されて、圧縮された第2のガス流961を形成する。圧縮された第2のガス流961は、次に外部冷却ユニット962を用いて周囲冷却媒体(空気又は水)に接して冷却されて、圧縮され、冷却された第2のガス流963を生成する。この圧縮され、冷却された第2のガス流963は、第2の熱交換器ゾーン910に送られ、そこで第1の温冷媒流908と熱交換して、圧縮され、さらに冷却された第2のガス流913及び第2の温冷媒流909を生成する。 FIG. 9 is a schematic diagram showing a liquefaction system 900 according to yet another aspect of the present disclosure. The liquefaction system 900 contains similar structures and components to the previously disclosed liquefaction system and may not further mention components similarly drawn or numbered for simplicity. The liquefaction system 900 includes a primary cooling loop 902 and a sub-cooling loop 904. The liquefaction system 900 also includes first and second heat exchanger zones 901 and 910. In the liquefaction system 900, the supply gas flow 906 is mixed with the refrigerant flow 907 to generate a second supply gas flow 906a. The second supply gas stream 906a is compressed using a compressor 960 to a pressure above 10342 kPa (1,500 psia), more preferably to a pressure of approximately 20664 kPa (3,000 psia), and the compressed second gas stream 961. To form. The compressed second gas stream 961 is then cooled in contact with the ambient cooling medium (air or water) using an external cooling unit 962 to produce a compressed and cooled second gas stream 963. .. This compressed and cooled second gas stream 963 is sent to the second heat exchanger zone 910, where it exchanges heat with the first hot refrigerant stream 908, where it is compressed and further cooled. A gas stream 913 and a second warm refrigerant stream 909 are generated.

圧縮され、さらに冷却された第2のガス流913は、少なくとも1つのワーク生成膨張器926内で、13790kPa(2,000psia)未満であるが、第2のガス流906aが圧縮された圧力を超えない圧力まで膨張し、それによって、膨張し、冷却された第2のガス流980を形成する。膨張し、冷却された第2のガス流980は、第1の膨張した冷媒流905と冷却供給ガス流906bに分けられる。第1の膨張した冷媒流905は、膨張器982を用いてほとんど等エントロピー的に膨張させられて、第2の膨張した冷媒流905aを形成することができる。冷却供給ガス流906bは、第1の熱交換器ゾーン901に送られ、そこで一次冷却冷媒(すなわち、第2の膨張した冷媒流905a)及びサブ冷却冷媒(サブ冷却ループ904からの)を用いて冷却ガス流906bを液化する。サブ冷却ループ904は、好ましくはサブ冷却冷媒として窒素を満たした閉じた冷却ループであってよい。一次冷却ループ902内で、第2の膨張した冷媒流905aは第1の熱交換器ゾーン901に送られ、そこで冷却供給ガス流906bと熱交換して第1の温冷媒流908を形成する。第1の温冷媒流908は、第1の熱交換器ゾーン901内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも5.6℃(10°F)冷たい、さらに好ましくは、少なくとも8.3℃(15°F)冷たい温度を有し得る。第2の温冷媒流909は、1以上の圧縮器918内で圧縮されてから外部冷却装置924内で周囲冷却媒体により冷却されて冷媒流907を生成する。冷却供給ガス流906bは、第1の熱交換器ゾーン901内で液化及びサブ冷却されてサブ冷却ガス流948を生成する。これは、以前に述べたように加工されてLNGを形成する。 The compressed and further cooled second gas stream 913 is less than 13790 kPa (2,000 psia) in at least one workpiece-forming inflator 926, but the second gas stream 906a does not exceed the compressed pressure. It expands to pressure, thereby forming an expanded and cooled second gas stream 980. The expanded and cooled second gas stream 980 is divided into a first expanded refrigerant stream 905 and a cooling supply gas stream 906b. The first expanded refrigerant flow 905 can be expanded almost equitropically using the expander 982 to form the second expanded refrigerant flow 905a. The cooling supply gas stream 906b is sent to the first heat exchanger zone 901, where the primary cooling refrigerant (ie, the second expanded refrigerant stream 905a) and the sub-cooling refrigerant (from the sub-cooling loop 904) are used. The cooling gas stream 906b is liquefied. The sub-cooling loop 904 may preferably be a closed cooling loop filled with nitrogen as the sub-cooling refrigerant. Within the primary cooling loop 902, the second expanded refrigerant flow 905a is sent to the first heat exchanger zone 901 where it exchanges heat with the cooling supply gas flow 906b to form the first warm refrigerant flow 908. The first warm refrigerant flow 908 is at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone 901, more preferably at least 5.6 ° C (10 ° F) colder, even more preferably. Can have a cold temperature of at least 8.3 ° C (15 ° F). The second warm refrigerant flow 909 is compressed in one or more compressors 918 and then cooled in an external cooling device 924 by an ambient cooling medium to generate a refrigerant flow 907. The cooling supply gas stream 906b is liquefied and subcooled in the first heat exchanger zone 901 to produce a subcooling gas stream 948. It is processed to form LNG as previously mentioned.

図9に示す本開示の態様は、一次冷媒流が、好ましい態様では主に又はほとんど全てメタンであってよい、供給ガス流の一部を含み得ることを実証する。実際に、全ての開示態様(すなわち、図2〜9)の一次冷却ループ内の冷媒が少なくとも85%のメタン、又は少なくとも90%のメタン、又は少なくとも95%のメタン、又は95%超のメタンで構成されるのは有利なことがある。これは、メタンは開示プロセスの種々の部分で容易に利用できる可能性があり、メタンの使用は、遠隔LNG加工場所へ冷媒を輸送する必要性を排除できるからである。非限定例として、供給ガスのメタンが十分に多くて上記組成を満たす場合、供給ガス流206のライン206a経由で図2の一次冷却ループ202内の冷媒を取り込むことができる。代わりに、LNG貯蔵タンク257からのボイルオフガス流259の一部又は全てを用いて一次冷却ループ202用の冷媒を供給してもよい。さらに、供給ガス流の窒素が十分に少ない場合、最終フラッシュガス流258(結果として窒素が少ないことになる)の一部又は全てを用いて、一次冷却ループ202用の冷媒を供給してもよい。最後に、ライン206a、ボイルオフガス流259、及び最終フラッシュガス流258の任意の組み合わせを用いて、一次冷却ループ202内の冷媒を提供又は時には補充してもよい。 The aspects of the present disclosure shown in FIG. 9 demonstrate that the primary refrigerant stream may include a portion of the supply gas stream, which may be predominantly or almost entirely methane in a preferred embodiment. In fact, the refrigerant in all disclosure embodiments (ie, Figures 2-9) is at least 85% methane, or at least 90% methane, or at least 95% methane, or more than 95% methane. It can be advantageous to be configured. This is because methane may be readily available in various parts of the disclosure process, and the use of methane can eliminate the need to transport the refrigerant to remote LNG processing sites. As a non-limiting example, if the supply gas has a sufficiently large amount of methane and satisfies the above composition, the refrigerant in the primary cooling loop 202 of FIG. 2 can be taken in via the line 206a of the supply gas flow 206. Alternatively, some or all of the boil-off gas stream 259 from the LNG storage tank 257 may be used to supply the refrigerant for the primary cooling loop 202. Further, if the supply gas stream is low in nitrogen, some or all of the final flush gas stream 258 (which results in low nitrogen) may be used to supply the refrigerant for the primary cooling loop 202. .. Finally, any combination of line 206a, boil-off gas stream 259, and final flush gas stream 258 may be used to provide or sometimes replenish the refrigerant in the primary cooling loop 202.

図10は、第1及び第2の熱交換器ゾーンを有するシステムを用いてメタンに富む供給ガス流を液化する方法であって、下記工程:1002、供給ガス流を8274kPa(1,200psia)未満の圧力で準備すること;1004、10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流を準備すること;1006、この圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を生成すること;1008、この圧縮され、冷却された冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成すること;1010、この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成すること;1012、この膨張した冷却冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒流を形成すること(この第1の温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);1014、供給ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して、膨張した冷却冷媒流との間接熱交換によって供給ガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;1016、第1の温冷媒流の少なくとも一部を第2の熱交換器ゾーンに送って、間接熱交換によって、圧縮され、冷却された冷媒流を冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成すること;及び1018、第2の温冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を生成することを含む方法1000の流れ図である。 Figure 10 shows a method of liquefying a methane-rich feed gas stream using a system with first and second heat exchanger zones, the following steps: 1002, feed gas stream less than 8274 kPa (1,200 psia). Prepare with pressure; prepare a compressed refrigerant stream with a pressure of 1004, 10342 kPa (1,500 psia) or higher; 1006, cool and compress this compressed refrigerant stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water. To generate a cooled and cooled refrigerant stream; 1008, this compressed and cooled refrigerant stream is sent to a second heat exchanger zone to further cool the compressed and cooled refrigerant stream below ambient temperature. To generate a compressed and further cooled refrigerant flow; 1010, this compressed and further cooled refrigerant flow is expanded in at least one work-forming inflator, thereby producing the expanded cooling refrigerant flow. To produce; 1012, this expanded cooling refrigerant flow is passed through the first heat exchanger zone to form a first warm refrigerant flow (this first warm refrigerant flow is the first heat exchanger zone). Has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in); 1014, the supply gas is passed through the first heat exchanger zone and supplied by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow. Cooling at least part of the stream, thereby forming a liquefied gas stream; 1016, sending at least part of the first warm refrigerant stream to the second heat exchanger zone, compressed by indirect heat exchange. In the flow diagram of Method 1000, which comprises cooling the cooled refrigerant flow, thereby forming a second warm refrigerant stream; and 1018, compressing the second warm refrigerant stream to generate a compressed refrigerant stream. be.

図11は、メタンに富む供給ガス流を液化する方法であって、下記工程:1102、8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;1104、この供給ガス流を少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮して圧縮ガス流を形成すること;1106、この圧縮ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、冷却された圧縮ガス流を形成すること;1108、この冷却された圧縮ガス流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で13790kPa(2,000psia)未満かつこのガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張させ、それによって冷却ガス流を形成すること;1110、10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流を準備すること;1112、この圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を形成すること;1114、この圧縮され、冷却された冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成すること;1116、この圧縮され、さらに冷却された冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成すること;1118、この膨張した冷却冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒流を形成すること(それによって第1の温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);1120、この冷却ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して冷却ガス流の少なくとも一部を膨張した冷却冷媒との間接熱交換によって冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;1122、第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された冷媒流を間接熱交換によって冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成すること;及び1124、第2の温冷媒流を圧縮して圧縮冷媒流を生成することを含む方法1100の流れ図である。 Figure 11 shows a method of liquefying a methane-rich feed gas stream, the following step: preparing the feed gas stream at a pressure of less than 1102, 8274 kPa (1,200 psia); 1104, this feed gas stream at least 10342 kPa (1104). Compressing to a pressure of 1,500 psia) to form a compressed gas stream; 1106, cooling this compressed gas stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to form a cooled compressed gas stream. 1108, this cooled compressed gas stream is expanded in at least one workpiece-forming inflator to a pressure of less than 13790 kPa (2,000 psia) and below the compressed pressure, thereby forming a cooling gas stream. That; prepare a compressed refrigerant stream with a pressure of 1110, 10342 kPa (1,500 psia) or higher; 1112, this compressed refrigerant stream is cooled, compressed and cooled by indirect heat exchange with ambient temperature air or water. Forming a stream of refrigerant; 1114, this compressed and cooled stream of refrigerant is sent to a second heat exchanger zone to further cool the stream of compressed and cooled refrigerant below ambient temperature for compression. To generate a further cooled refrigerant flow; 1116, to inflate this compressed and further cooled refrigerant flow in at least one workpiece-generating inflator, thereby producing an expanded cooling refrigerant flow; 1118, this expanded cooling refrigerant flow is passed through the first heat exchanger zone to form a first warm refrigerant flow (so that the first warm refrigerant flow is the highest in the first heat exchanger zone. Has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the fluid temperature); 1120, indirect heat with the cooling refrigerant that has expanded at least part of the cooling gas flow through the first heat exchanger zone. Cooling by exchange, thereby forming a liquefied gas stream; 1122, sending the first hot refrigerant stream to the second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant stream by indirect heat exchange. , Thereby forming a second warm refrigerant stream; and 1124, a flow diagram of method 1100 comprising compressing the second warm refrigerant stream to generate a compressed refrigerant stream.

図12は、メタンに富む供給ガス流を液化する方法であって、下記工程:1202、8274kPa(1,200psia)未満の圧力で供給ガス流を準備すること;1204、この供給ガス流とほとんど同じ圧力で冷媒流を準備すること;1206、供給ガス流を冷媒流と混合して第2のガス流を形成すること;1208、この第2のガス流を少なくとも10342kPa(1,500psia)の圧力まで圧縮して、圧縮された第2のガス流を形成すること;1210、この圧縮された第2のガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された第2のガス流を形成すること;1212、この圧縮され、冷却された第2のガス流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された第2のガス流を周囲温度未満にさらに冷却し、それによって圧縮され、さらに冷却された第2のガス流を生成すること;1214、この圧縮され、さらに冷却された第2のガス流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で13790kPa(2,000psia)未満かつ第2のガス流が圧縮された圧力以下の圧力まで膨張させ、それによって膨張し、冷却された第2のガス流を形成すること;1216、この膨張し、冷却された第2のガス流を第1の膨張冷媒流と冷却ガス流に分けること;1218、第1の膨張冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって第2の膨張冷媒流を生成すること;1220、この第2の膨張冷媒流を第1の熱交換器ゾーンに通して第1の温冷媒流を形成すること(その結果、第1の温冷媒流は、第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);1222、冷却ガス流を第1の熱交換器ゾーンに通して、冷却ガス流の少なくとも一部を第2の膨張冷媒流との間接熱交換によって冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;1224、第1の温冷媒流を第2の熱交換器ゾーンに送って、圧縮され、冷却された第2のガス流を間接熱交換によって冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成すること;及び1226、この第2の温冷媒流を圧縮して冷媒流を生成することを含む方法1200である。 Figure 12 shows a method of liquefying a methane-rich feed gas stream, the following step: preparing the feed gas stream at a pressure of less than 1202, 8274 kPa (1,200 psia); 1204, almost the same pressure as this feed gas stream. Prepare the refrigerant flow in 1206, mix the supply gas flow with the refrigerant flow to form a second gas flow; 1208, compress this second gas flow to a pressure of at least 10342 kPa (1,500 psia). To form a compressed second gas stream; 1210, the compressed and cooled second gas stream is cooled by indirect heat exchange with ambient temperature air or water. Forming two gas streams; 1212, this compressed and cooled second gas stream is sent to the second heat exchanger zone to send the compressed and cooled second gas stream below ambient temperature. Further cooling to generate a second gas stream that is compressed and further cooled; 1214, this compressed and further cooled second gas stream is 13790 kPa in at least one work-making inflator. Inflating the second gas stream to a pressure less than (2,000 psia) and below the compressed pressure, thereby expanding and forming a cooled second gas stream; 1216, this expanded and cooled Dividing the second gas flow into a first expanding refrigerant flow and a cooling gas flow; 1218, expanding the first expanding refrigerant flow in at least one workpiece-generating inflator, thereby causing the second expanding refrigerant flow. To produce; 1220, this second expanding refrigerant flow is passed through the first heat exchanger zone to form a first warm refrigerant flow (as a result, the first warm refrigerant flow is the first heat. Has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the exchanger zone); 1222, pass the cooling gas stream through the first heat exchanger zone and pass at least part of the cooling gas stream to the second Cooling by indirect heat exchange with the expanding refrigerant stream, thereby forming a liquefied gas stream; 1224, sending the first warm refrigerant stream to the second heat exchanger zone, compressed and cooled first In a method 1200 involving cooling the gas stream of 2 by indirect heat exchange to form a second warm refrigerant stream; and 1226, compressing this second warm refrigerant stream to generate a refrigerant stream. be.

図10〜12に示した工程は、例示のためだけに与えたものであり、開示した方法論を実施するためには特定の工程は必要とされないことがある。さらに、図10〜12は、実施し得る工程の全てを示していない可能性がある。特許請求の範囲、かつ、特許請求の範囲のみが、開示システム及び方法論を規定する。
本明細書に記載の態様は、既知技術に勝るいくつかの利点を有する。例えば、記載した技術は、サワー天然ガスを処理するシステムのサイズとコストを大幅に減じることができる。
前述の開示には、本開示の範囲を逸脱することなく、多くの変更、修正、及び代替案を加え得ることを理解すべきである。従って、前述の説明は、本開示の範囲を限定するという意味ではない。もっと正確に言えば、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ決められるべきである。本実施例の構造及び特徴は、互いに変更し、再編成し、置換し、削除し、複製し、組み合わせ、又は加えることが可能であることをも企図する。
本発明は、以下の事項をも含んでいる。
(付記1)
第1及び第2の熱交換器ゾーンを有するシステムを用いてメタンに富む供給ガス流を液化する方法であって、下記:
(a) 8274kPa(1,200psia)未満の圧力で前記供給ガス流を準備すること;
(b) 10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流を準備すること;
(c) 前記圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を生成すること;
(d) 前記圧縮され、冷却された冷媒流を前記第2の熱交換器ゾーンに送って、前記圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成すること;
(e) 前記圧縮され、さらに冷却された冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成すること;
(f) 前記膨張した冷却冷媒流を前記第1の熱交換器ゾーンに通して、第1の温冷媒流を形成すること(前記第1の温冷媒流は、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);
(g) 前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに通して、前記膨張した冷却冷媒流との間接熱交換によって前記供給ガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;
(h) 前記第1の温冷媒流の少なくとも一部を前記第2の熱交換器ゾーンに送って、間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流を冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成すること;及び
(i) 前記第2の温冷媒流を圧縮して前記圧縮冷媒流を生成すること
を含む、前記方法。
(付記2)
前記第1の温冷媒流が、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも5.6℃(10°F)冷たい温度を有する、付記1に記載の方法。
(付記3)
前記第1の熱交換器ゾーン内に残留する前記第1の温冷媒流の一部が、前記第1の熱交換器ゾーン内でさらに熱交換して第3の温冷媒流を生成する、付記1〜2のいずれか1項に記載の方法。
(付記4)
さらに下記:
前記第2の温冷媒流を圧縮する前に、前記第2の温冷媒流を前記第3の温冷媒流と混ぜ合わせること
を含む、付記1〜3のいずれか1項に記載の方法。
(付記5)
さらに下記:
前記液化ガス流を前記第1の熱交換器ゾーン内でサブ冷却サイクルを用いてさらに冷却し、それによってサブ冷却ガス流を形成すること
を含む、付記1〜4のいずれか1項に記載の方法。
(付記6)
さらに下記:
前記サブ冷却ガス流を水力タービン内で345kPa(50psia)以上かつ3103kPa(450psia)以下の圧力まで膨張させて、膨張したサブ冷却ガス流を生成すること
を含む、付記1〜5のいずれか1項に記載の方法。
(付記7)
前記サブ冷却サイクルが、冷媒として窒素を用いる閉ループ気相冷却サイクルを含む、付記5に記載の方法。
(付記8)
前記サブ冷却サイクルが、下記:
前記膨張したサブ冷却ガス流の50%を超えない部分を取り出し、その圧力を減圧弁内で約207〜2070kPa(30〜300psia)の範囲まで下げて1以上の減圧ガス流を生成すること;及び
前記減圧ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンにサブ冷却冷媒として通すこと
を含む、付記6に記載の方法。
(付記9)
前記1以上の減圧ガス流が、互いに異なる圧力を有する2以上の減圧ガス流を含む、付記8に記載の方法。
(付記10)
さらに下記:
前記第1の熱交換器ゾーンを出る前記サブ冷却冷媒流を圧縮すること;及び
前記サブ冷却冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却してから前記サブ冷却冷媒を前記ガス流に添加すること
を含む、付記8に記載の方法。
(付記11)
前記膨張したサブ冷却ガス流の少なくとも一部をさらに膨張させてから分離タンクに送り、この分離タンクから液体天然ガスを取り出し、かつ残留ガス蒸気をフラッシュガス流として取り出す、付記6に記載の方法。
(付記12)
前記第1の温冷媒流の全てを前記第2の熱交換器ゾーンに送って、間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流を冷却し、それによって前記第2の温冷媒流を形成する、付記1〜11のいずれか1項に記載の方法。
(付記13)
さらに下記:
前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに送る前に、前記供給ガス流を11032kPa(1,600psia)未満の圧力まで圧縮してからそれを周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却すること
を含む、付記1〜12のいずれか1項に記載の方法。
(付記14)
前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに送る前に、外部冷却ユニット内で間接熱交換によって前記供給ガス流を周囲温度未満の温度に冷却する、付記1〜13のいずれか1項に記載の方法。
(付記15)
前記圧縮され、冷却された冷媒流を前記第2の熱交換器ゾーンに送る前に、外部冷却ユニット内で間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満の温度に冷却する、付記1〜14のいずれか1項に記載の方法。
(付記16)
メタンに富む供給ガス流を液化するためのシステムであって、第1及び第2の熱交換器ゾーンを有し、かつ下記:
8274kPa(1,200psia)未満の圧力の供給ガス流;
10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流;
前記圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流を生成するように構成された冷却器;
前記圧縮され、冷却された冷媒流が送られて、前記圧縮され、冷却された冷媒流が周囲温度未満にさらに冷却され、それによって圧縮され、さらに冷却された冷媒流を生成する、前記第2の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器;
前記圧縮され、さらに冷却された冷媒流を膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流を生成するように配置された少なくとも1つのワーク生成膨張器;
前記膨張した冷却冷媒流が通されて第1の温冷媒流を形成する、前記第1の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器(前記第1の温冷媒流は、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する);
(ここで、前記供給ガス流は、前記第1の熱交換器ゾーンに通されて、前記膨張した冷却冷媒流との間接熱交換によって前記供給ガス流の少なくとも一部が冷却され、それによって液化ガス流を形成し;
前記第1の温冷媒流の少なくとも一部は、前記第2の熱交換器ゾーンに送られて、間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流を冷却し、それによって第2の温冷媒流を形成する);及び
前記第2の温冷媒流を圧縮して前記圧縮冷媒流を生成するように構成された圧縮器
を含む、前記システム。
(付記17)
前記第1の温冷媒流が、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも少なくとも5.6℃(10°F)冷たい、付記16に記載のシステム。
(付記18)
前記第1の熱交換器ゾーン内に残留する前記第1の温冷媒流の少なくとも一部が、前記第1の熱交換器ゾーン内でさらに熱交換して、第3の温冷媒流を生成する、付記16〜17のいずれか1項に記載のシステム。
(付記19)
前記第2の温冷媒流を圧縮する前に、前記第2の温冷媒流が前記第3の温冷媒流と混ぜ合わせされる、付記16〜18のいずれか1項に記載のシステム。
(付記20)
さらに下記:
前記第1の熱交換器ゾーン内で前記液化ガス流をさらに冷却し、それによってサブ冷却ガス流を形成するように構成されたサブ冷却サイクル
を含む、付記16〜19のいずれか1項に記載のシステム。
(付記21)
さらに下記:
前記サブ冷却ガス流を345kPa(50psia)以上かつ3103kPa(450psia)以下の圧力まで膨張させて、膨張したサブ冷却ガス流を生成するように構成され、水力タービンを含む追加の膨張器
を含む、付記16〜20のいずれか1項に記載のシステム。
(付記22)
前記サブ冷却サイクルが、冷媒として窒素を用いる閉ループ気相冷却サイクルを含む、付記20に記載のシステム。
(付記23)
さらに下記:
前記膨張したサブ冷却ガス流の50%を超えない部分の圧力を約207〜2070kPa(30〜300psia)の範囲まで下げ、それによって1以上の減圧ガス流を生成するように構成された減圧弁(前記1以上の減圧ガス流は、前記第1の熱交換器ゾーンに前記サブ冷却冷媒として通される)
を含む、付記21に記載のシステム。
(付記24)
前記1以上の減圧ガス流が、互いに異なる圧力を有する2以上の減圧ガス流を含む、付記23に記載のシステム。
(付記25)
さらに下記:
前記第1の熱交換器ゾーンを出る前記サブ冷却冷媒流を圧縮するように構成されたサブ冷却圧縮器;及び
周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって前記サブ冷却冷媒流を冷却するように構成された外部冷却ユニット
を含む、付記20に記載のシステム。
(付記26)
さらに下記:
前記膨張したサブ冷却ガス流の少なくとも一部をさらに膨張させるように構成された追加の膨張器;及び
前記膨張したサブ冷却ガス流が、前記追加の膨張器を通った後に送られる分離タンク
を含む、付記21に記載のシステム。
(付記27)
さらに下記:
前記供給ガス流を第1の熱交換器ゾーンに送る前に、11032kPa(1,600psia)以下の圧力まで前記供給ガス流を圧縮するように構成された追加の圧縮器;及び
前記供給ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却するように構成された外部冷却ユニット
を含む、付記16〜26のいずれか1項に記載のシステム。
(付記28)
さらに下記:
前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに送る前に外部冷却ユニット内で間接熱交換によって周囲温度未満の温度に前記供給ガス流を冷却するように構成された第2の外部冷却ユニット
を含む、付記16〜27のいずれか1項に記載のシステム。
(付記29)
さらに下記:
前記圧縮され、冷却された冷媒流を前記第2の熱交換器ゾーンに送る前に、その中で前記圧縮され、冷却された冷媒流を間接熱交換によって周囲温度未満の温度に冷却するように構成された第3の外部冷却ユニット
を含む、付記16〜28のいずれか1項に記載のシステム。
(付記30)
前記一次冷却ループ内の冷媒が、
前記供給ガス流、
前記フラッシュガス流、及び
前記天然ガスのボイルオフガス
の1以上から供給される、
付記26に記載のシステム。
(付記31)
前記第1の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器が、ろう付けアルミニウム熱交換器を含む、付記16〜30のいずれか1項に記載のシステム。
(付記32)
前記第2の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器が、プリント回路型熱交換器を含む、付記16〜31のいずれか1項に記載のシステム。
The steps shown in FIGS. 10-12 are provided for illustration purposes only and may not require a specific step to implement the disclosed methodology. In addition, Figures 10-12 may not show all of the steps that can be performed. Only the claims, and the claims, define the disclosure system and methodology.
The embodiments described herein have several advantages over known techniques. For example, the techniques described can significantly reduce the size and cost of systems that process sour natural gas.
It should be understood that many changes, amendments, and alternatives may be made to the above disclosure without departing from the scope of this disclosure. Therefore, the above description does not mean limiting the scope of the present disclosure. More precisely, the scope of this disclosure should be determined only by the appended claims and their equivalents. It is also contemplated that the structures and features of this example can be modified, reorganized, replaced, deleted, duplicated, combined, or added to each other.
The present invention also includes the following matters.
(Appendix 1)
A method of liquefying a methane-rich supply gas stream using a system with first and second heat exchanger zones, described below:
(a) Prepare the supply gas stream at a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia);
(b) Prepare a compressed refrigerant flow with a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher;
(c) Cooling the compressed refrigerant stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to produce a compressed and cooled refrigerant stream;
(d) The compressed and cooled refrigerant stream is sent to the second heat exchanger zone to further cool the compressed and cooled refrigerant stream below ambient temperature to be compressed and further cooled. To generate a flow of refrigerant;
(e) Expanding the compressed and further cooled refrigerant flow in at least one work-forming expander to generate an expanded cooling refrigerant flow;
(f) Passing the expanded cooling refrigerant flow through the first heat exchanger zone to form a first warm refrigerant flow (the first warm refrigerant flow is the first heat exchanger zone). Has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the highest fluid temperature in);
(g) The supply gas flow is passed through the first heat exchanger zone and at least a part of the supply gas flow is cooled by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow, thereby causing the liquefied gas flow. To form;
(h) At least a portion of the first hot refrigerant stream is sent to the second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant stream by indirect heat exchange, thereby cooling the second. Forming a hot refrigerant flow; and
(i) Compressing the second warm refrigerant flow to generate the compressed refrigerant flow.
The method described above.
(Appendix 2)
The method of Appendix 1, wherein the first hot refrigerant stream has a temperature that is at least 5.6 ° C (10 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone.
(Appendix 3)
Note that a part of the first hot refrigerant flow remaining in the first heat exchanger zone further exchanges heat in the first heat exchanger zone to generate a third hot refrigerant flow. The method according to any one of 1 and 2.
(Appendix 4)
Further below:
Mixing the second warm refrigerant stream with the third warm refrigerant stream before compressing the second warm refrigerant stream.
The method according to any one of Appendix 1 to 3, including.
(Appendix 5)
Further below:
Further cooling the liquefied gas stream in the first heat exchanger zone using a sub-cooling cycle, thereby forming a sub-cooling gas stream.
The method according to any one of Appendix 1 to 4, including.
(Appendix 6)
Further below:
Expanding the sub-cooling gas flow in a hydraulic turbine to a pressure of 345 kPa (50 psia) or more and 3103 kPa (450 psia) or less to generate an expanded sub-cooling gas flow.
The method according to any one of Appendix 1 to 5, including.
(Appendix 7)
The method of Appendix 5, wherein the sub-cooling cycle comprises a closed-loop gas phase cooling cycle using nitrogen as the refrigerant.
(Appendix 8)
The sub-cooling cycle is as follows:
Take out the portion of the expanded sub-cooling gas flow that does not exceed 50% and reduce its pressure in the pressure reducing valve to a range of about 207 to 2070 kPa (30 to 300 pisa) to generate one or more decompression gas flows;
Passing the decompressed gas flow through the first heat exchanger zone as a sub-cooling refrigerant.
The method described in Appendix 6, including.
(Appendix 9)
The method according to Appendix 8, wherein the one or more decompressed gas streams include two or more decompressed gas streams having different pressures from each other.
(Appendix 10)
Further below:
Compressing the sub-cooling refrigerant flow exiting the first heat exchanger zone; and
The sub-cooling refrigerant flow is cooled by indirect heat exchange with air or water at an ambient temperature, and then the sub-cooling refrigerant is added to the gas flow.
The method described in Appendix 8, including.
(Appendix 11)
The method according to Appendix 6, wherein at least a part of the expanded sub-cooling gas flow is further expanded and then sent to a separation tank, liquid natural gas is taken out from the separation tank, and residual gas vapor is taken out as a flash gas flow.
(Appendix 12)
All of the first hot refrigerant flow is sent to the second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant flow by indirect heat exchange, thereby causing the second warm refrigerant flow. The method according to any one of Appendix 1 to 11, which is formed.
(Appendix 13)
Further below:
Before sending the supply gas flow to the first heat exchanger zone, the supply gas flow is compressed to a pressure of less than 11032 kPa (1,600 psia) and then it is exchanged for indirect heat with air or water at ambient temperature. To cool
The method according to any one of Appendix 1 to 12, including.
(Appendix 14)
Item 1 of Appendix 1 to 13, wherein the supply gas flow is cooled to a temperature lower than the ambient temperature by indirect heat exchange in the external cooling unit before the supply gas flow is sent to the first heat exchanger zone. The method described in.
(Appendix 15)
The compressed and cooled refrigerant stream is cooled to a temperature below ambient temperature by indirect heat exchange within the external cooling unit before the compressed and cooled refrigerant stream is sent to the second heat exchanger zone. The method according to any one of Appendix 1 to 14.
(Appendix 16)
A system for liquefying a methane-rich supply gas stream that has first and second heat exchanger zones and:
Supply gas flow with pressure less than 8274 kPa (1,200 psia);
Compressed refrigerant flow with a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher;
A cooler configured to cool the compressed refrigerant stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to produce a compressed and cooled refrigerant stream;
The second, wherein the compressed and cooled refrigerant stream is sent to further cool the compressed and cooled refrigerant stream below ambient temperature, thereby producing a compressed and further cooled refrigerant stream. At least one heat exchanger in the heat exchanger zone;
At least one work-generating expander arranged to expand the compressed and further cooled refrigerant stream, thereby producing an expanded cooling refrigerant stream;
At least one heat exchanger in the first heat exchanger zone through which the expanded cooling refrigerant flow is passed to form a first warm refrigerant flow (the first warm refrigerant flow is said first. Has a temperature at least 2.8 ° C (5 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the heat exchanger zone);
(Here, the supply gas flow is passed through the first heat exchanger zone, and at least a part of the supply gas flow is cooled by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow, thereby liquefying. Form a gas stream;
At least a portion of the first hot refrigerant stream is sent to the second heat exchanger zone to cool the compressed and cooled refrigerant stream by indirect heat exchange, thereby cooling the second temperature. Form a refrigerant flow); and
A compressor configured to compress the second warm refrigerant flow to generate the compressed refrigerant flow.
The system including.
(Appendix 17)
The system according to Appendix 16, wherein the first hot refrigerant stream is at least 5.6 ° C (10 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone.
(Appendix 18)
At least a part of the first hot refrigerant flow remaining in the first heat exchanger zone further heat exchanges in the first heat exchanger zone to generate a third warm refrigerant flow. , The system according to any one of Appendix 16 to 17.
(Appendix 19)
The system according to any one of Appendix 16-18, wherein the second warm refrigerant stream is mixed with the third warm refrigerant stream before compressing the second warm refrigerant stream.
(Appendix 20)
Further below:
A sub-cooling cycle configured to further cool the liquefied gas stream within the first heat exchanger zone, thereby forming a sub-cooling gas stream.
The system according to any one of Appendix 16 to 19, including.
(Appendix 21)
Further below:
An additional expander configured to generate an expanded sub-cooling gas stream by expanding the sub-cooling gas stream to a pressure of 345 kPa (50 psia) or higher and 3103 kPa (450 psia) or lower, including a hydraulic turbine.
The system according to any one of Appendix 16 to 20, including.
(Appendix 22)
20. The system of Appendix 20, wherein the sub-cooling cycle comprises a closed-loop gas phase cooling cycle using nitrogen as the refrigerant.
(Appendix 23)
Further below:
A pressure reducing valve configured to reduce the pressure in the portion not exceeding 50% of the expanded sub-cooling gas flow to a range of about 207 to 2070 kPa (30 to 300 psia), thereby producing one or more decompression gas flows. The one or more decompressed gas flows are passed through the first heat exchanger zone as the sub-cooling refrigerant).
The system described in Appendix 21, including.
(Appendix 24)
23. The system of Appendix 23, wherein the one or more decompressed gas streams comprises two or more decompressed gas streams having different pressures from each other.
(Appendix 25)
Further below:
A sub-cooling compressor configured to compress the sub-cooling refrigerant flow exiting the first heat exchanger zone; and
An external cooling unit configured to cool the sub-cooling refrigerant flow by indirect heat exchange with ambient temperature air or water.
The system described in Appendix 20, including.
(Appendix 26)
Further below:
An additional expander configured to further expand at least a portion of the expanded sub-cooling gas stream; and
Separation tank where the expanded sub-cooling gas stream is sent after passing through the additional expander
The system described in Appendix 21, including.
(Appendix 27)
Further below:
An additional compressor configured to compress the supply gas stream to a pressure of 11032 kPa (1,600 psia) or less before sending the supply gas stream to the first heat exchanger zone; and
An external cooling unit configured to cool the supply gas stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water.
The system according to any one of Appendix 16 to 26, including.
(Appendix 28)
Further below:
A second external cooling unit configured to cool the supply gas flow to a temperature below the ambient temperature by indirect heat exchange within the external cooling unit before sending the supply gas flow to the first heat exchanger zone.
The system according to any one of Appendix 16 to 27, including.
(Appendix 29)
Further below:
Before sending the compressed and cooled refrigerant stream to the second heat exchanger zone, the compressed and cooled refrigerant stream in which the compressed and cooled refrigerant stream is cooled to a temperature below the ambient temperature by indirect heat exchange. Configured third external cooling unit
The system according to any one of Appendix 16 to 28, including.
(Appendix 30)
The refrigerant in the primary cooling loop
The supply gas flow,
The flash gas flow and
Boil-off gas of the natural gas
Supplied from one or more of
The system described in Appendix 26.
(Appendix 31)
The system according to any one of Appendix 16-30, wherein at least one heat exchanger in the first heat exchanger zone comprises a brazed aluminum heat exchanger.
(Appendix 32)
The system according to any one of Supplementary note 16 to 31, wherein at least one heat exchanger in the second heat exchanger zone includes a printed circuit type heat exchanger.

Claims (18)

第1及び第2の熱交換器ゾーン(201、210)を有するシステム(200)を用いてメタンに富む供給ガス流(206)を液化する方法であって、下記:
(a)8274kPa(1,200psia)未満の圧力で前記供給ガス流(206)を準備すること;
(b)10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流(222)を準備すること;
(c)前記圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換(224)によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流(212)を生成すること;
(d)前記圧縮され、冷却された冷媒流を前記第2の熱交換器ゾーン(210)に送って、前記圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満にさらに冷却して、圧縮され、さらに冷却された冷媒流(213)を生成すること;
(e)前記圧縮され、さらに冷却された冷媒流を少なくとも1つのワーク生成膨張器(226)内で膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流(205)を生成すること;
(f)前記膨張した冷却冷媒流を、前記第1の熱交換器ゾーン(201)内で、第1の主熱交換器(234)に通して、第1の温冷媒流(208)を形成することであって、前記第1の温冷媒流は、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有すること
(g)前記供給ガス流(206)を前記第1の熱交換器ゾーン(201)に通して、前記膨張した冷却冷媒流(205)との間接熱交換によって前記供給ガス流の少なくとも一部を冷却し、それによって液化ガス流を形成すること;
(h)前記第1の熱交換ゾーン内において前記第1の主熱交換器(234)と第2の主熱交換器(232)との間の位置において引き出された前記第1の温冷媒流の一部を前記第2の熱交換器ゾーン(210a)に送って、間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流(212)を冷却し、それによって第2の温冷媒流(209)を形成すること;
(i)前記第1の温冷媒流の残り(208a)を、前記第2の主熱交換器(232)に通して、前記供給ガス流(206)との間で熱交換を行い、それによって第3の温冷媒流(214)を形成すること;
(j)前記第2の温冷媒流(209)を前記第3の温冷媒流と組み合わせ、第4の温冷媒流(216)を形成すること;及び
(k)前記第4の温冷媒流を圧縮して前記圧縮冷媒流(222)を生成すること
を含む、前記方法。
A method of liquefying a methane-rich supply gas stream (206) using a system (200) having first and second heat exchanger zones (201, 210), the following:
(A) Preparing the supply gas stream (206) at a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia);
(B) Prepare a compressed refrigerant flow (222) having a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or more;
(C) Cooling the compressed refrigerant stream by indirect heat exchange (224) with ambient temperature air or water to produce a compressed and cooled refrigerant stream (212);
(D) The compressed and cooled refrigerant stream is sent to the second heat exchanger zone (210) to further cool and compress the compressed and cooled refrigerant stream below ambient temperature. To generate a further cooled refrigerant flow (213);
(E) The compressed and further cooled refrigerant flow is expanded in at least one work-generating expander (226) to generate an expanded cooling refrigerant flow (205);
(F) The expanded cooling refrigerant flow is passed through the first main heat exchanger (234) in the first heat exchanger zone (201 ) to form the first warm refrigerant flow (208). It was to be the first temperature refrigerant stream to at least 2.8 ℃ (5 ° F) cooler temperature than the highest temperature of the fluid in said first heat exchanger zone;
(G) The supply gas flow (206) is passed through the first heat exchanger zone (201), and at least a part of the supply gas flow is exchanged by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow (205). Cooling, thereby forming a liquefied gas stream;
(H) The first warm refrigerant flow drawn out at a position between the first main heat exchanger (234) and the second main heat exchanger (232) in the first heat exchange zone. Is sent to the second heat exchanger zone (210a) to cool the compressed and cooled refrigerant stream (212) by indirect heat exchange, thereby cooling the second warm refrigerant stream (209). ) To form;
(I) The remainder (208a) of the first hot refrigerant flow is passed through the second main heat exchanger (232) to exchange heat with the supply gas flow (206), thereby exchanging heat. Forming a third warm refrigerant stream (214);
(J) Combining the second warm refrigerant flow (209) with the third warm refrigerant flow to form a fourth warm refrigerant flow (216); and (k) combining the fourth warm refrigerant flow. The method comprising compressing to generate the compressed refrigerant stream (222).
前記第1の温冷媒流(208)が、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも5.6℃(10°F)冷たい温度を有する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the first warm refrigerant stream (208) has a temperature that is at least 5.6 ° C (10 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone. さらに下記:
前記液化ガス流を前記第1の熱交換器ゾーン(201)内で、サブ冷却冷媒を用いたサブ冷却サイクル(204)を用いてさらに冷却し、それによってサブ冷却ガス流(248)を形成すること
を含む、請求項1〜2のいずれか1項に記載の方法。
Further below:
The liquefied gas stream is further cooled in the first heat exchanger zone (201) using a sub-cooling cycle (204) with a sub-cooling refrigerant, thereby forming a sub-cooling gas stream (248). The method according to any one of claims 1 and 2, which comprises the above.
さらに下記:
前記サブ冷却ガス流を水力タービン(250)内で345kPa(50psia)以上かつ3103kPa(450psia)以下の圧力まで膨張させて、膨張したサブ冷却ガス流を生成すること
を含む、請求項3に記載の方法。
Further below:
The third aspect of claim 3, wherein the sub-cooling gas flow is expanded in the hydraulic turbine (250) to a pressure of 345 kPa (50 psia) or more and 3103 kPa (450 psia) or less to generate an expanded sub-cooling gas flow. Method.
前記サブ冷却サイクル(204)が、冷媒として窒素を用いる閉ループ気相冷却サイクルを含む、請求項3に記載の方法。 The method of claim 3, wherein the sub-cooling cycle (204) comprises a closed-loop gas phase cooling cycle using nitrogen as the refrigerant. さらに下記:
前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに送る前に、前記供給ガス流を11032kPa(1,600psia)以下の圧力まで圧縮してからそれを周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却すること
を含む、請求項1に記載の方法。
Further below:
Before sending the supply gas flow to the first heat exchanger zone, the supply gas flow is compressed to a pressure of 11032 kPa (1,600 psia) or less and then indirect heat exchange with air or water at ambient temperature. The method of claim 1, comprising cooling by.
前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに送る前に、外部冷却ユニット(665)内で間接熱交換によって前記供給ガス流を周囲温度未満の温度に冷却する、請求項1に記載の方法。 The first aspect of the present invention, wherein the supply gas flow is cooled to a temperature lower than the ambient temperature by indirect heat exchange in the external cooling unit (665) before the supply gas flow is sent to the first heat exchanger zone. Method. 前記圧縮され、冷却された冷媒流を前記第2の熱交換器ゾーンに送る前に、外部冷却ユニット(770)内で間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流を周囲温度未満の温度に冷却する、請求項1に記載の方法。 The compressed and cooled refrigerant flow is below ambient temperature by indirect heat exchange within the external cooling unit (770) prior to sending the compressed and cooled refrigerant flow to the second heat exchanger zone. The method of claim 1, wherein the method is cooled to a temperature. メタンに富む供給ガス流を液化するためのシステム(200)であって、第1及び第2の熱交換器ゾーン(201、210)を有し、かつ下記:
8274kPa(1,200psia)未満の圧力の供給ガス流(206);
10342kPa(1,500psia)以上の圧力を有する圧縮冷媒流(222);
前記圧縮冷媒流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却して、圧縮され、冷却された冷媒流(212)を生成するように構成された冷却器(224);
前記圧縮され、冷却された冷媒流が送られて、前記圧縮され、冷却された冷媒流が周囲温度未満にさらに冷却され、それによって圧縮され、さらに冷却された冷媒流(213)を生成する、前記第2の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器(210a);
前記圧縮され、さらに冷却された冷媒流を膨張させ、それによって膨張した冷却冷媒流(205)を生成するように配置された少なくとも1つのワーク生成膨張器(226);
前記第1の熱交換器ゾーン内の第1の主熱交換器(234)及び第2の主熱交換器(23)であって、前記第1の熱交換器ゾーン内で前記膨張した冷却冷媒流が前記第1の主熱交換器に通されて第1の温冷媒流(208)を形成し、前記第1の温冷媒流は、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも2.8℃(5°F)冷たい温度を有する、第1の主熱交換器(234)及び第2の主熱交換器(232)
を備え、
前記供給ガス流は、前記第1の熱交換器ゾーンに通されて、前記膨張した冷却冷媒流との間接熱交換によって前記供給ガス流の少なくとも一部が冷却され、それによって液化ガス流を形成し、
前記第1の主熱交換器(234)と第2の主熱交換器(232)との間において引き出された前記第1の温冷媒流の一部は、前記第2の熱交換器ゾーン(210)に送られて、間接熱交換によって、前記圧縮され、冷却された冷媒流(212)を冷却し、それによって第2の温冷媒流(209)を形成し、
前記第1の温冷媒流の残り(208a)が、前記第2の主熱交換器(232)に通され、前記供給ガス流(206)との間で熱交換を行い、それによって第3の温冷媒流(214)を形成し、
前記第2の温冷媒流(209)と前記第3の温冷媒流(214)とが組み合わされ、第4の温冷媒流が形成され、
前記第の温冷媒流を圧縮して前記圧縮冷媒流(222)を生成するように構成された圧縮器(218、220)
を含む、前記システム。
A system (200) for liquefying a methane-rich supply gas stream, having first and second heat exchanger zones (201, 210), and:
Supply gas flow (206) with a pressure of less than 8274 kPa (1,200 psia);
Compressed refrigerant flow (222) with a pressure of 10342 kPa (1,500 psia) or higher;
A cooler (224) configured to cool the compressed refrigerant stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water to produce a compressed and cooled refrigerant stream (212);
The compressed and cooled refrigerant stream is sent to further cool the compressed and cooled refrigerant stream below ambient temperature, thereby producing a compressed and further cooled refrigerant stream (213). At least one heat exchanger (210a) in the second heat exchanger zone;
At least one work-generating expander (226) arranged to expand the compressed and further cooled refrigerant stream, thereby producing an expanded cooling refrigerant stream (205);
A first main heat exchanger in said first heat exchanger zone (234) and a second main heat exchanger (23 2), said expanded cooled in the first heat exchanger zone first temperature refrigerant flow refrigerant stream is passed through the first main heat exchanger (208) is formed, said first temperature refrigerant flow, maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone First main heat exchanger (234) and second main heat exchanger (232) having a cooler temperature of at least 2.8 ° C (5 ° F);
With
The supply gas flow is passed through the first heat exchanger zone, and at least a part of the supply gas flow is cooled by indirect heat exchange with the expanded cooling refrigerant flow, thereby forming a liquefied gas flow. death,
A part of the first hot refrigerant flow drawn between the first main heat exchanger (234) and the second main heat exchanger (232) is the second heat exchanger zone ( Directed to 210), the compressed and cooled refrigerant stream (212) is cooled by indirect heat exchange, thereby forming a second warm refrigerant stream (209).
The rest of the first warm refrigerant stream (208a) is passed through the second main heat exchanger (232) and exchanges heat with the supply gas stream (206), whereby a third. Forming a hot refrigerant flow (214),
The second warm refrigerant flow (209) and the third warm refrigerant flow (214) are combined to form a fourth warm refrigerant flow.
Compressors (218, 220) configured to compress the fourth warm refrigerant stream to generate the compressed refrigerant stream (222).
The system including.
前記第1の温冷媒流が、前記第1の熱交換器ゾーン内の最高流体温度より少なくとも5.6℃(10°F)冷たい温度を有する、請求項9に記載のシステム。 9. The system of claim 9, wherein the first hot refrigerant stream has a temperature that is at least 5.6 ° C (10 ° F) cooler than the maximum fluid temperature in the first heat exchanger zone. さらに下記:
前記第1の熱交換器ゾーン内で前記液化ガス流をさらに冷却し、それによってサブ冷却ガス流(248)を形成するように構成されたサブ冷却サイクル(204)
を含む、請求項9〜10のいずれか1項に記載のシステム。
Further below:
A sub-cooling cycle (204) configured to further cool the liquefied gas stream within the first heat exchanger zone, thereby forming a sub-cooling gas stream (248).
The system according to any one of claims 9 to 10.
さらに下記:
前記サブ冷却ガス流を345kPa(50psia)以上かつ3103kPa(450psia)以下の圧力まで膨張させて、膨張したサブ冷却ガス流を生成するように構成され、水力タービンを含む追加の膨張器(250)
を含む、請求項9〜11のいずれか1項に記載のシステム。
Further below:
An additional expander (250) configured to generate an expanded sub-cooling gas stream by expanding the sub-cooling gas stream to a pressure of 345 kPa (50 psia) or more and 3103 kPa (450 psia) or less.
The system according to any one of claims 9 to 11.
前記サブ冷却サイクルが、冷媒として窒素を用いる閉ループ気相冷却サイクルを含む、請求項12に記載のシステム。 12. The system of claim 12, wherein the sub-cooling cycle comprises a closed-loop gas phase cooling cycle using nitrogen as the refrigerant. さらに下記:
前記供給ガス流を第1の熱交換器ゾーンに送る前に、11032kPa(1,600psia)以下の圧力まで前記供給ガス流を圧縮するように構成された追加の圧縮器(560);及び
前記供給ガス流を周囲温度の空気又は水との間接熱交換によって冷却するように構成された外部冷却ユニット(562)
を含む、請求項9に記載のシステム。
Further below:
An additional compressor (560) configured to compress the supply gas stream to a pressure of 11032 kPa (1,600 psia) or less before sending the supply gas stream to the first heat exchanger zone; and the supply. An external cooling unit (562) configured to cool the gas stream by indirect heat exchange with ambient temperature air or water.
9. The system of claim 9.
さらに下記:
前記供給ガス流を前記第1の熱交換器ゾーンに送る前に、その中で間接熱交換によって周囲温度未満の温度に前記供給ガス流を冷却するように構成された第2の外部冷却ユニット(665)
を含む、請求項9に記載のシステム。
Further below:
A second external cooling unit configured to cool the supply gas stream to a temperature below the ambient temperature by indirect heat exchange in it before sending the supply gas stream to the first heat exchanger zone. 665)
9. The system of claim 9.
さらに下記:
前記圧縮され、冷却された冷媒流(712)を前記第2の熱交換器ゾーンに送る前に、その中で前記圧縮され、冷却された冷媒流を間接熱交換によって周囲温度未満の温度に冷却するように構成された第3の外部冷却ユニット(770
を含む、請求項9に記載のシステム。
Further below:
Before sending the compressed and cooled refrigerant stream (712) to the second heat exchanger zone, the compressed and cooled refrigerant stream in which the compressed and cooled refrigerant stream is cooled to a temperature below ambient temperature by indirect heat exchange. Third external cooling unit ( 770 ) configured to
9. The system of claim 9.
前記第1の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器が、ろう付けアルミニウム熱交換器を含む、請求項9に記載のシステム。 The system of claim 9, wherein at least one heat exchanger in the first heat exchanger zone comprises a brazed aluminum heat exchanger. 前記第2の熱交換器ゾーン内の少なくとも1つの熱交換器が、プリント回路型熱交換器を含む、請求項9に記載のシステム。 The system of claim 9, wherein at least one heat exchanger in the second heat exchanger zone comprises a printed circuit heat exchanger.
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